DE102021105946A1 - Messvorrichtung und Verfahren zur Rauheits- und/oder Defektmessung an einer Oberfläche - Google Patents

Abstract

Eine Messvorrichtung 100, die zur Rauheits- und/oder Defektmessung an einer Vielzahl von Oberflächenabschnitten 2 einer Oberfläche einer zu untersuchenden Probe 1 eingerichtet ist, umfasst eine Beleuchtungseinrichtung 10 mit mindestens zwei Lichtquellen 11A, 11B, 11C, 11D, die zur Beleuchtung eines Messbereichs 3 der Oberfläche mit Messlicht angeordnet sind, eine Detektoreinrichtung 20 mit einem Detektorarray 21 aus einer Vielzahl von Detektorpixeln, die zur Erfassung von Streulicht angeordnet ist, das von der Oberfläche ausgeht, und eine Auswertungseinrichtung 30, die zur Bestimmung mindestens eines Rauheitsmerkmals der Oberfläche aus dem erfassten Streulicht eingerichtet ist, wobei die mindestens zwei Lichtquellen 11A, 11B, 11C, 11D zur Beleuchtung des Messbereichs 3 entlang von mindestens zwei Beleuchtungsstrahlengängen LA, LB, LC, LD mit verschiedenen Einfallswinkeln relativ zu einer Oberflächennormalen der Oberfläche eingerichtet sind, wobei die mindestens zwei Lichtquellen 11A, 11B, 11C, 11D in Bezug auf die Detektoreinrichtung 20 fixierbar sind, die Detektoreinrichtung 20 mit einer Abbildungsoptik 22 ausgestattet ist, die zur Abbildung des Messbereichs 3 der Oberfläche auf das Detektorarray 21 angeordnet ist, die Detektoreinrichtung 20 zur Erfassung von mindestens zwei Streulichtbildern 4A, 4B, 4C, 4D von Oberflächenabschnitten 2 im beleuchteten Messbereich 3 unter einem vorbestimmten Beobachtungswinkel relativ zu der Oberflächennormalen der Oberfläche eingerichtet ist, wobei von den Detektorpixeln empfangene Anteile des Streulichts, die jeweils durch die Beleuchtung in einem der Beleuchtungsstrahlengänge LA, LB, LC, LD gebildet werden, jeweils eine gemeinsame Ortsfrequenz aufweisen, und die Auswertungseinrichtung 30 zur Bestimmung des mindestens einen Rauheitsmerkmals der Oberflächenabschnitte 2 aus den mindestens zwei Streulichtbildern 4A, 4B, 4C, 4D eingerichtet ist. Es wird auch ein Verfahren zur Rauheits- und/oder Defektmessung beschrieben.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung und ein Verfahren zur Rauheits- und/oder Defektmessung an einer Vielzahl von Oberflächenabschnitten einer Oberfläche einer zu untersuchenden Probe, insbesondere zur Rauheits- und/oder Defektmessung an einer strukturierten Oberfläche, wie z. B. an Noppen von Haltevorrichtungen für Wafer. Anwendungen der Erfindung sind bei der Untersuchung von Oberflächen, insbesondere von Wafer-Haltevorrichtungen, z. B. zur Erfassung eines Gebrauchs- oder Bearbeitungszustands der Oberflächen gegeben.
• In der vorliegenden Beschreibung wird auf den folgenden Stand der Technik Bezug genommen, der den technischen Hintergrund der Erfindung darstellt:
• [1] DE 10 2012 005 417 B4 ;
• [2] M. Zerrad et al. „Development of a goniometric light scatter instrument with sample imaging ability“ in „Proc. of SPIE“ „Optical Fabrication, Testing, and Metrology III“ Band 7102, S. 710207 (2008), doi: 10.1117/12.797621;
• [3] R. Bousquet et al. „Scattering from multilayer thin films: theory and experiment“ in „Journal of the Optical Society of America” 71(9), 1115 (1981);
• [4] A. Duparre et al. „Surface characterization techniques for determining the root-meansquare roughness and power spectral densities of optical components“ in „Applied Optics“ 41(1), 154-171 (2002);
• [5] E. L. Church et al. „Residual surface roughness of diamond-turned optics“ in „Applied Optics“ 14(8), 1788-1795 (1975);
• [6] J. C. Stover, Optical Scattering: Measurement and analysis, 3rd ed. (SPIE, Bellingham, Wash., 2012);
• [7] P. Bobbert et al. „Light scattering by a sphere on a substrate“ in „Physica A: Statistical Mechanics and its Applications” 137, 209-242 (1986); und
• [8] Sven Schröder, Alexander von Finck und Angela Duparre „Standardization of light scattering measurements“ in „Adv. Opt. Techn.” 2015; 4(5-6): 361-375.
• Haltevorrichtungen zur Halterung von Bauteilen, wie z. B. zur Halterung von Siliziumwafern in der lithographischen Halbleiterprozessierung, insbesondere in der Chip-Produktion, sind allgemein bekannt. Erfolgt die Halterung unter Ausnutzung elektrostatischer Kräfte, wird eine Haltevorrichtung auch als elektrostatische Haltevorrichtung, elektrostatische Klemmvorrichtung, elektrostatischer Clamp (ESC) oder elektrostatischer Chuck bezeichnet. Typischerweise hat eine Haltevorrichtung eine Plattenform mit mindestens einer ebenen Trägerfläche, von der das gehalterte Bauteil getragen wird. Die Trägerfläche wird von einer Vielzahl von vorstehenden Noppen, insbesondere durch ebene Stirnflächen der Noppen, gebildet. Es sind beispielsweise tausende Noppen mit einem Durchmesser der Stirnfläche jeweils im sub-mm-Bereich vorgesehen.
• Es ist allgemein bekannt, dass die Rauheit der Stirnflächen der Noppen und das mögliche Auftreten von Defekten, wie z. B. Kontaminationen und/oder Materialschäden, entscheidend die Interaktionseigenschaften, wie z. B. Reibung, Haftung und Gleitfähigkeit, zwischen dem Wafer und dem ESC beeinflussen. Die Interaktionseigenschaften zwischen Noppen und Wafer wiederum wirken sich entscheidend auf laterale Unsicherheiten beim Klemmen des Wafers aus, und sie beeinflussen somit die erzielbare Qualität und die Überdeckungsgenauigkeit von Strukturen aus unterschiedlichen Fertigungsschritten (Overlay) bei lithographischen Strukturierungen. Für eine genaue und zuverlässige Manipulation von Wafern sollen die Rauheit möglichst reproduzierbar eingestellt und mögliche Defekte zuverlässig identifiziert werden. Dabei sind Rauheitsstrukturen mit hohen Ortsfrequenzen, z. B. oberhalb von 0,3 µm^-1 von besonderem Interesse. Des Weiteren soll eine Beeinträchtigung der Ebenheit des gehalterten Wafers und der Qualität des Lithographieprozesses durch Defekte, insbesondere grobe Rauheitsstrukturen oder Verunreinigungen, wie z. B. Partikel, oder Materialschäden auf den Stirnflächen verhindert werden. Es besteht daher ein Interesse, die Rauheit der Noppen-Stirnflächen bei der Herstellung, beim Betrieb und/oder bei einer Überarbeitung eines ESC zu erfassen.
• Eine herkömmliche, in der Praxis typischerweise angewendete Untersuchungsmethode umfasst die Messung der Rauheit unter Verwendung eines Atomkraftmikroskops (AFM). Mit dem AFM werden einzelne Noppen angefahren und untersucht. Mit dem AFM können zwar Rauheitsstrukturen mit hohen Ortsfrequenzen direkt gemessen werden. Von Nachteil ist jedoch, dass das AFM ein sehr kleines Messfeld hat, typischerweise < 50 × 50 µm², die AFM-Messung äußerst zeitaufwendig ist und die Anwendung des AFM daher auf die Untersuchung weniger repräsentativer Noppen beschränkt wird. Die Messung aller ESC-Noppen auf einer Fläche mit beispielsweise 300 mm Durchmesser würde in nicht praktikabler Weise etwa 200 Tage erfordern. Entsprechend können mit der AFM-Messung in der Praxis lokale Rauheitsschwankungen an der Trägerfläche oder Verunreinigungen nicht oder nur unzuverlässig erfasst werden. Des Weiteren ist mit dem AFM eine flächendeckende Erfassung von Defekten nicht möglich.
• Alternativ lassen sich die Noppen auch mittels Weißlichtinterferometrie (WLI) vermessen. Diese erlaubt zwar eine höhere Messgeschwindigkeit als mit dem AFM, erfordert jedoch eine für praktische Anwendungen übermäßig lange Messzeit. Des Weiteren lassen sich durch das größere WLI-Messfeld aufgrund der Tiefpasseigenschaften des abbildenden Objektives nur Ortsfrequenzen bis etwa < 0,3 µm^-1 zuverlässig erfassen.
• Aus [1, 3, 4, 5 und 6] ist bekannt, die für die Rauheit charakteristische Leistungsspektraldichte-Funktion (PSD-Funktion, PSD: power spectral density) von optischen Bauteilen, wie z. B. Linsen, durch eine Streulichtmessung zu erfassen. Üblicherweise wird hierfür die Streulichtverteilung an einem lokalen Messpunkt der Probe mit einem winkelscannenden Detektor erfasst. In dem in [1] beschriebenen Verfahren wird ein Messfleck an der Oberfläche der untersuchten Probe unter verschiedenen Winkeln oder mit verschiedenen Wellenlängen beleuchtet und das am Messfleck gestreute Licht wird unter mehreren Beobachtungswinkeln mit mehreren Detektoren erfasst. Aus dem Detektorsignal wird die PSD-Funktion ermittelt. Ein Nachteil dieses Verfahren besteht jedoch darin, dass es punktförmig und nur lokal misst, und damit als lateral scannendes Verfahren sehr zeitaufwendig ist. Eine Erfassung aller einzelnen Noppen eines ESC würde etwa 2 Tage dauern, was ungefähr gleich der WLI- Messzeit ist. Darüber hinaus liefert das herkömmliche Verfahren nur beschränkte Informationen über die Ursachen einer erhöhten Streuung. Des Weiteren hat das Verfahren gemäß [1] einen begrenzten Anwendungsbereich, da die Ortsauflösung durch den Durchmesser des Beleuchtungsspots beschränkt ist.
• Eine weitere scannende Streulichtmessung ist das aus [2] bekannte goniometrische Verfahren, bei dem eine Beleuchtungs-Lichtquelle relativ zur Probe gescannt und ein Streulichtbild des bei verschiedenen Beleuchtungswinkeln gestreuten Lichts mit einem Kamera-Detektor erfasst wird. Dieses Verfahren ist z. B. zur Erfassung von Partikeln auf Wafer-Oberflächen geeignet. Aus dem Streulichtbild kann ermittelt werden, ob und wo im abgebildeten Bereich streuende Partikel vorhanden sind. Wenn Partikel erfasst werden, kann lokal begrenzt eine genaue Untersuchung eines Oberflächenabschnitts vorgesehen sein. Auch das Verfahren gemäß [2] zeichnet sich durch einen hohen Zeitaufwand und einen beschränkten Anwendungsbereich aus.
• Herkömmliche scannende Streulichtmethoden haben darüber hinaus den Nachteil, dass üblicherweise Messfeld-Durchmesser von 1 mm bis 3 mm erzielt werden, so dass bei der Messung an einem ESC mehrere Noppen gleichzeitig beleuchtet werden würden. Mit einer aufwendigen Beleuchtungsoptik kann zwar ein Messfeld-Durchmesser kleiner als 0,2 mm erreicht werden. Dann wird aber ein genaues absolutes Positioniersystem (Probenkoordinaten) benötigt, und die Einzelpositionen der Noppen müssen genau erfasst und an das Positioniersystem übermittelt werden. Des Weiteren würde bei der Erfassung von Noppen-Stirnflächen das Risiko bestehen, dass das Streulicht der Stirnflächen-Topographie durch Streulicht der Randstrukturen oder durch Beugungseffekte überlagert wird. Maßnahmen zur Vermeidung dieses Risikos würden den Scanprozess verlangsamen. Außerdem lassen sich kleine Streuwinkel von ungefähr < 2° bis 5° nicht erfassen, da für einen Messfelddurchmesser von < 0,2 mm mit dem Beleuchtungsstrahl auf die Probe fokussiert werden muss, anstatt wie sonst üblich in die Detektorebene. Der spekulare Beleuchtungsstrahl wird so divergent reflektiert und überlagert das gestreute Licht bei kleinem Streuwinkel.
• Die genannten Beschränkungen insbesondere hinsichtlich der Geschwindigkeit, Ortsauflösung und Ortsfrequenzen der Rauheitsmessung oder Defekterkennung treten nicht nur bei der Messung an Noppen-Stirnflächen auf, sondern auch bei Messungen an anderen Bauteilen, wie z. B. an Oberflächen von optischen Bauteilen, insbesondere Linsen, Keilen oder Spiegeln.
• Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Messvorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Rauheits- und/oder Defektmessung an einer Vielzahl von Oberflächenabschnitten einer Oberfläche einer zu untersuchenden Probe bereitzustellen, mit denen Nachteile und Beschränkungen herkömmlicher Techniken vermieden werden. Die Erfindung soll insbesondere ermöglichen, die Rauheits- und/oder Defektmessung mit erhöhter Geschwindigkeit und/oder Genauigkeit durchzuführen, Strukturen mit erhöhten Ortsfrequenzen zu erfassen, den Bearbeitungsaufwand der Datenverarbeitung zu verringern und/oder das Ergebnis der Rauheits- und/oder Defektmessung mit einem erhöhten Informationsgehalt zu liefern. Die Rauheits- und/oder Defektmessung soll speziell für die zuverlässige und schnelle Erfassung der Rauheit der Noppen von Haltevorrichtungen zur Wafer-Halterung, möglichst mit einer Messzeit von etwa einer Stunde oder weniger bei der Erfassung aller Noppen, geeignet sein.
• Diese Aufgabe wird jeweils durch eine Messvorrichtung und ein Verfahren gelöst, welche die Merkmale der unabhängigen Ansprüche aufweisen. Bevorzugte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
• Gemäß einem ersten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung wird die genannte Aufgabe durch eine Messvorrichtung gelöst, die zur Rauheits- und/oder Defektmessung an einer Vielzahl von Oberflächenabschnitten einer Oberfläche einer zu untersuchenden Probe, insbesondere an einer strukturierten Oberfläche, wie an Noppen-Stirnflächen einer Haltevorrichtung zur Wafer-Halterung, eingerichtet ist.
• Die Messvorrichtung umfasst eine Beleuchtungseinrichtung mit mindestens zwei Lichtquellen, die zur Beleuchtung eines Messbereichs der Oberfläche mit Messlicht angeordnet sind, wobei der Messbereich die Vielzahl von Oberflächenabschnitten enthält. Gemäß der Erfindung sind die mindestens zwei Lichtquellen zur Beleuchtung der Oberflächenabschnitte im Messbereich entlang von mindestens zwei Beleuchtungsstrahlengängen mit verschiedenen Einfallswinkeln relativ zu einer Oberflächennormalen der Oberfläche eingerichtet. Des Weiteren sind die mindestens zwei Lichtquellen in Bezug auf die Detektoreinrichtung fixierbar.
• Die Messvorrichtung umfasst des Weiteren eine Detektoreinrichtung mit einem Detektorarray aus einer Vielzahl von Detektorpixeln, die zur Erfassung von an der Oberfläche gestreutem Streulicht angeordnet sind. Gemäß der Erfindung ist die Detektoreinrichtung mit einer Abbildungsoptik ausgestattet, mit der der Messbereich der Oberfläche auf das Detektorarray abgebildet wird, wobei die Detektoreinrichtung zur Erfassung von mindestens zwei Streulichtbildern des beleuchteten Messbereichs unter einem vorbestimmten Beobachtungswinkel relativ zu der Oberflächennormalen der Oberfläche eingerichtet ist und von den Detektorpixeln empfangene Anteile des Streulichts in jedem der Beleuchtungsstrahlengänge jeweils eine gemeinsame Ortsfrequenz aufweisen.
• Des Weiteren umfasst die Messvorrichtung eine Auswertungseinrichtung, die zur Bestimmung mindestens eines Rauheitsmerkmals der Oberfläche aus dem erfassten Streulicht eingerichtet ist. Gemäß der Erfindung ist die Auswertungseinrichtung zur Bestimmung des mindestens einen Rauheitsmerkmals für jeden Oberflächenabschnitt aus den mindestens zwei Streulichtbildern eingerichtet.
• Gemäß einem zweiten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung wird die genannte Aufgabe durch ein Verfahren zur Rauheits- und/oder Defektmessung an Oberflächenabschnitten einer Oberfläche einer zu untersuchenden Probe, insbesondere an einer strukturierten Oberfläche, wie z. B. Noppen-Stirnflächen einer Haltevorrichtung zur Wafer-Halterung, gelöst.
• Das Verfahren zur Rauheits- und/oder Defektmessung umfasst die Schritte Beleuchtung eines Messbereichs der strukturierten Oberfläche mit Messlicht entlang von mindestens zwei Beleuchtungsstrahlengängen mit verschiedenen Einfallswinkeln relativ zu einer Oberflächennormalen der Oberfläche, wobei der Messbereich die Vielzahl von Oberflächenabschnitten enthält, Erfassung von an der Oberfläche gestreutem Streulicht mit einer Detektoreinrichtung mit einem Detektorarray aus einer Vielzahl von Detektorpixeln, und Bestimmung mindestens eines Rauheitsmerkmals der Oberfläche aus dem erfassten Streulicht.
• Gemäß der Erfindung umfasst die Beleuchtung eine gerichtete Beleuchtung der Oberflächenabschnitte im Messbereich mit mindestens zwei fest angeordneten Lichtquellen entlang von mindestens zwei Beleuchtungsstrahlengängen mit verschiedenen Einfallswinkeln relativ zu einer Oberflächennormalen der Oberfläche. Mit der Detektoreinrichtung, die mit einer Abbildungsoptik ausgestattet ist, mit der der beleuchtete Messbereich der Oberfläche auf das Detektorarray abgebildet wird, werden mindestens zwei Streulichtbilder des beleuchteten Messbereichs unter einem vorbestimmten Beobachtungswinkel relativ zu der Oberflächennormalen der Oberfläche erfasst, wobei von den Detektorpixeln empfangene Anteile des Streulichts in jedem der Beleuchtungsstrahlengänge jeweils eine gemeinsame Ortsfrequenz aufweisen. Aus den mindestens zwei Streulichtbildern wird das mindestens eine Rauheitsmerkmal für jeden Oberflächenabschnitt ermittelt.
• Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Rauheits- und/oder Defektmessung oder eine seiner Ausführungsformen mit der Messvorrichtung gemäß dem ersten allgemeinen Gesichtspunkt der Erfindung oder einer ihrer Ausführungsformen durchgeführt.
• Die erfindungsgemäße Messung der Rauheit und/oder Erfassung von Defekten erfolgt an Oberflächenabschnitten einer Oberfläche. Jeder Oberflächenabschnitt ist ein Teil der Oberfläche, von dem Streulicht auf ein einzelnes Detektorpixel oder eine Gruppe von Detektorpixeln abgebildet wird. Alle betrachteten Oberflächenabschnitte haben vorzugsweise die gleiche Form und Fläche. Die Gesamtheit der Oberflächenabschnitte kann die untersuchte Oberfläche vollständig oder teilweise abdecken.
• Bevorzugt erfolgt die Messung der Rauheit und/oder Erfassung von Defekten an einer strukturierten Oberfläche. Der Begriff „strukturierte Oberfläche“ bezieht sich auf eine jegliche geschlossene oder unterbrochene, d. h. aus Teilflächen zusammengesetzte, Oberfläche, vorzugsweise mit voneinander abgegrenzten Teilen verschiedener Oberflächenstrukturen oder -texturen. Im Fall strukturierter Oberflächen sind die betrachteten Oberflächenabschnitte besonders bevorzugt Teile der strukturierten Oberfläche mit jeweils gleichen Oberflächenstrukturen oder-texturen, d. h. die Oberflächenabschnitte sind voneinander abgegrenzte Teile der Oberfläche mit lokal gleichen Oberflächenstrukturen oder -texturen, die sich von den Oberflächenstrukturen oder -texturen der übrigen Oberfläche unterscheiden.
• Beispielsweise umfasst die zu untersuchende Probe eine Halteeinrichtung zur elektrostatischen Halterung von Bauteilen, wobei an der Oberfläche der Halteeinrichtung eine Vielzahl vorstehender Noppen angeordnet sind. Die Oberfläche der Halteeinrichtung bildet die strukturierte Oberfläche, wobei die Oberflächenabschnitte Stirnflächen der Noppen umfassen.
• Abweichend von dem aus [1] bekannten Verfahren sind gemäß der Erfindung mindestens zwei Lichtquellen so angeordnet, dass die mindestens zwei verschiedenen Beleuchtungsstrahlengänge mit verschiedenen Einfallswinkeln relativ zu der Oberflächennormalen der Oberfläche gebildet werden. Messlicht wird unter den mindestens zwei verschiedenen Einfallswinkeln auf die Probe gerichtet, wobei jede Lichtquelle zur Beleuchtung mit einem der Einfallswinkel angeordnet ist. Die Lichtquellen sind insbesondere während der Aufnahme der mindestens zwei Streulichtbilder relativ zur Detektoreinrichtung fixiert. Die Amplitude des von der Detektoreinrichtung erfassten Streulichts wird bei jedem Einfallswinkel durch die Streuung des Messlichts an streuenden Strukturen mit einer definierten Ortsfrequenz bestimmt. Mit anderen Worten, bei jedem Einfallswinkel wird ein Streulichtbild mit einer anderen Ortsfrequenz erfasst. Vorteilhafterweise ermöglicht dies die Ermittlung des Rauheitsmerkmals in einem vergrößerten Ortsfrequenzbereich, insbesondere mit Ortsfrequenzen im Ortsfrequenzbereich von 0,005 µm^-1 bis 100 µm^-1.
• Die Einbeziehung hoher Ortsfrequenzen in die Ermittlung des mindestens einen Rauheitsmerkmals ist für die Rauheits- und/oder Defektmessung an Noppen-Stirnflächen von Haltevorrichtungen, z. B. ESCs, von besonderem Vorteil, da die Strukturen mit hohen Ortsfrequenzen besonders die Hafteigenschaften der Noppen und damit die Funktion der Haltevorrichtungen und deren Merkmale beeinflussen und insbesondere laterale Unsicherheiten beim Klemmen eines Wafers vermeiden.
• Die Rauheits- und/oder Defektmessung erfolgt anders als bei dem in [2] beschriebenen Verfahren bei fest eingestellten Einfallswinkeln. Eine Bewegung einer Lichtquelle zur Einstellung verschiedener Einfallswinkel wird vermieden, wodurch der Aufbau der Messvorrichtung vereinfacht und die Rauheitsmessung beschleunigt wird. Ein weiterer Vorteil der Beleuchtung mit fest eingestellten Einfallswinkeln besteht darin, dass die festen Einfallswinkel eine feste Positionierung von optional vorgesehenen Strahlfallen erlauben, welche direkte Reflexe von der Oberfläche absorbieren und damit Störlicht durch Lichtstreuung der Reflexe innerhalb des Messsystems unterdrücken. Bei dem in [2] beschriebenen Verfahren müssten Strahlfallen mit dem Reflex mitgeführt werden, wodurch die Komplexität der herkömmlichen Messung steigt.
• Des Weiteren ist die Detektoreinrichtung abweichend von [1] durch die Bereitstellung der Abbildungsoptik für eine Bildaufnahme eingerichtet. Vorteilhafterweise wird die gleichzeitige Erfassung der Amplituden des Streulichts von mehreren Oberflächenabschnitten ermöglicht, wodurch eine flächendeckende Rauheits- und/oder Defektmessung erheblich beschleunigt wird, und sich höhere laterale Auflösungen einfacher erzielen lassen. Eine hohe Auflösung ist gerade zur Oberflächenabschnittserkennung, Defekterkennung und -kategorisierung vorteilhaft. Bei dem in [1] beschriebenen Verfahren muss hierfür die Beleuchtungsspotgröße stark verkleinert werden, wobei die bereits beschriebenen Nachteile (längere Messzeit, Überlagerung kleiner Streuwinkel durch die notwendige Fokussierung) entstehen.
• Mit dem Begriff „Rauheitsmerkmal“ wird jede Größe oder Datenmenge, wie z. B. ein Funktionsverlauf, bezeichnet, welche die Rauheit (Unebenheit der Oberflächenhöhe der untersuchten Oberfläche) quantitativ repräsentiert. Das Rauheitsmerkmal ist ein Maß für topographische Unebenheiten und/oder Unebenheiten durch Defekte. Vorteilhafterweise sind verschiedene Rauheitsmerkmale der Oberflächenabschnitte ermittelbar. Das mindestens eine zu ermittelnde Rauheitsmerkmal kann z. B. in Abhängigkeit von den Anforderungen bei einer konkreten Anwendung gewählt werden. Das Rauheitsmerkmal leitet sich vorzugsweise aus einem ARS-Wert (ARS: winkelaufgelöste Streuung, Angle Resolved Scattering) und/oder einer aus diesem gewonnenen Größe, wie einen Wert der Integralen Streuung und/oder mindestens eine PSD-Funktion (Leistungsspektraldichte-Funktion) ab, aus der eine rms-Rauheit (rms: root mean square) ermittelbar ist. Besonders bevorzugt wird als Rauheitsmerkmal die PSD-Funktion und/oder die rms-Rauheit erfasst.
• Defekte umfassen Kontaminationen und/oder Materialschäden an der Oberfläche, insbesondere den betrachteten Oberflächenabschnitten. Vorzugsweise werden die Defekte aus dem mindestens einen Rauheitsmerkmal und/oder der winkelaufgelösten Streuung ermittelt.
• Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann die Beleuchtungseinrichtung für eine Zeit-Ansteuerung der mindestens zwei Lichtquellen derart eingerichtet sein, dass die mindestens zwei Streulichtbilder voneinander zeitlich getrennt aufgenommen werden können, wobei die Auswertungseinrichtung zur Bestimmung von PSD-Funktionen der Oberflächenabschnitte im beleuchteten Messbereich aus den mindestens zwei Streulichtbildern und die Auswertungseinrichtung zur Berechnung des mindestens einen Rauheitsmerkmals für jeden Oberflächenabschnitt aus der Streufunktion, insbesondere ARS-Funktion, des Oberflächenabschnitts eingerichtet ist.
• Die Zeit-Ansteuerung der mindestens zwei Lichtquellen derart, dass die mindestens zwei Streulichtbilder sequentiell, voneinander zeitlich getrennt aufgenommen werden, umfasst eine aufeinanderfolgend wechselnde Aktivierung von jeweils einer der Lichtquellen, so dass die aktivierte Lichtquelle leuchtet, während alle anderen Lichtquellen inaktiv (abgeschaltet oder abgeschirmt) sind. Die PSD-Funktion jedes Oberflächenabschnitts wird in an sich bekannter Weise aus den Amplituden der Streulichtbilder bestimmt, wie unten näher ausgeführt wird. Die Berechnung des mindestens einen Rauheitsmerkmals für jeden Oberflächenabschnitt kann z. B. die Berechnung eines Rauheitswerts aus der mittleren PSD-Funktion des Oberflächenabschnitts und/oder einer PSD-Varianz innerhalb des Oberflächenabschnitts umfassen.
• Für jeden Detektorpixel des Detektorarrays der Detektoreinrichtung kann eine PSD-Funktion ermittelt werden. Wenn Streulicht von einem einzelnen Oberflächenabschnitt, z. B. von einer Noppe, von mehreren Detektorpixeln, z. B. 2 bis 20 Detektorpixel, empfangen wird, kann für jeden Oberflächenabschnitt eine mittlere Streulichtamplitude berechnet und aus den mittleren Streulichtamplituden bei den verschiedenen Einfallswinkeln die PSD-Funktion ermittelt werden. Alternativ können auch die pixelweise berechneten PSD-Funktionen gemittelt werden. Durch die Mittelung kann die Menge der zu verarbeitenden Daten vorteilhaftweise reduziert werden. Des Weiteren bietet die Verwendung von mehreren Detektorpixeln pro Oberflächenabschnitt Vorteile für die Erkennung von Defekten.
• Alternativ oder zusätzlich kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung die Beleuchtungseinrichtung für eine Intensitäts-Ansteuerung derart eingerichtet sein, dass die mindestens zwei Streulichtbilder an jedem der Oberflächenabschnitte mit gewichteten Bestrahlungsstärken (Energie pro Fläche) der gerichteten Beleuchtung durch die mindestens zwei Lichtquellen aufgenommen werden können. Es ist vorzugsweise vorgesehen, dass die die mindestens zwei Streulichtbilder gleichzeitig an jedem der Oberflächenabschnitte oder an Gruppen von Oberflächenabschnitten mit den gewichteten Bestrahlungsstärken aufgenommen werden.
• Die gewichteten Bestrahlungsstärken der gerichteten Beleuchtung durch die mindestens zwei Lichtquellen an jedem der Oberflächenabschnitte werden bereitgestellt, indem die Bestrahlungsstärken, z. B. die Beleuchtungsintensitäten der Lichtquellen, so eingestellt werden, dass die Lichtquellen einer gleichmäßigen hemisphärischen Beleuchtung entsprechen. Die gewichteten Bestrahlungsstärken (E) werden insbesondere proportional zu sin(θ_i)cos(θ_i) eingestellt, wobei θ_i der Einfallswinkel der Beleuchtung der einzelnen Oberflächenabschnitte ist. Die Auswertungseinrichtung ist in diesem Fall zur Bestimmung der Integralen Streuung (S-Funktion oder S-Werte) oder insbesondere einer Totalen Streuung (TS-Funktion oder TS-Werte, gleich der Integralen Streuung im Streuwinkel-Bereich 2 bis 85°), der strukturierten Oberfläche im beleuchteten Messbereich aus den mindestens zwei Streulichtbildern und zur Berechnung des mindestens einen Rauheitsmerkmals für jeden Oberflächenabschnitt aus der integralen Streuung an dem Oberflächenabschnitt eingerichtet.
• Die Ausführungsform der Erfindung mit Intensitäts-Ansteuerung und gleichzeitiger Aufnahme der mindestens zwei Streulichtbilder hat den besonderen Vorteil, dass die Streulichtbilder mit einer einzigen Beleuchtung aufgenommen werden können, so dass die Messdauer deutlich verkürzt wird.
• Die Intensitäts-Ansteuerung der Beleuchtungseinrichtung erfolgt insbesondere derart, dass jeder der Oberflächenabschnitte mit der gewichteten Bestrahlungsstärke beleuchtet wird, indem eine Ansteuerung der Lichtquellen mit verschiedenen Energien, insbesondere verschiedenen Leistungen, Pulsdauern und/oder Pulsweitenmodulationen, erfolgt, und/oder vorbestimmte Abschwächer in den Beleuchtungsstrahlengängen, insbesondere an den Lichtquellen, bereitgestellt werden. Abschwächer umfassen vorzugsweise Strahlformungs-Optiken und/oder ortsvariable Abschwächer, wie z. B. Graufilter.
• Die Ausführungsformen der Erfindung mit Zeit-Ansteuerung und mit Intensitäts-Ansteuerung können kombiniert werden, so dass sich vorteilhafterweise der Informationsgehalt der Messung vergrößert.
• Vorteilhafterweise kann die Anzahl der Lichtquellen in Abhängigkeit von den konkreten Anwendungsbedingungen der Erfindung, insbesondere der gewünschten Geschwindigkeit der Messung, gewählt werden. Zwei Lichtquellen sind zur Bereitstellung der mindestens zwei Beleuchtungsstrahlengänge ausreichend, beispielsweise um eine PSD-Funktion zu konstruieren. Eine vergrößerte Anzahl der Lichtquellen kann für die Erhöhung der Genauigkeit der Messung von Vorteil sein, führt jedoch auch zu einer erhöhten Dauer der Messung einschließlich der Datenverarbeitung. Vorzugsweise ist die Anzahl der Lichtquellen der Beleuchtungseinrichtung im Bereich 3 bis 70 oder mehr, z. B. bis 100 gewählt. Bei einer praktischen Anwendung der Rauheitsmessung an einer Haltevorrichtung sind z. B. 10 bis 60 Lichtquellen vorgesehen. Bei geeigneter Konfiguration der Lichtquellen, z. B. mit Lichtleiterfasern, deren Enden leuchten, können auch mehr Lichtquellen, z. B. bis zu 100 Lichtquellen oder mehr vorgesehen sein.
• Vorzugsweise sind die Lichtquellen in mindestens einer azimutalen Ebene senkrecht zur Oberfläche der untersuchten Probe angeordnet, wodurch sich vorteilhafterweise eine kompakte Konfiguration ergibt. Alternativ können die Lichtquellen eine andere Anordnung aufweisen, insbesondere auf mehreren Seiten neben der Detektoreinrichtung angeordnet sein. Insbesondere kann die Beleuchtung entlang den Beleuchtungsstrahlengängen mit unterschiedlichen Azimutwinkeln, insbesondere in mehreren azimutalen Ebenen, erfolgen, wobei Vorteile bei der Erkennung oder Unterdrückung von störenden lokalen Reflexen oder hohen Streuwerten, die naheliegende Messpunkte überlagern können, erhalten werden. Zusätzlich vereinfacht diese Anordnung die Erkennung von anisotropen Oberflächenstrukturen und -defekten.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Beleuchtungseinrichtung zur Erzeugung des Messlichts in allen Beleuchtungsstrahlengängen mit der gleichen Wellenlänge eingerichtet. In diesem Fall vereinfacht sich der Aufbau der Messvorrichtung und die Ermittlung des mindestens einen Rauheitsmerkmals.
• Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die Beleuchtungseinrichtung zur Erzeugung des Messlichts in den Beleuchtungsstrahlengängen mit verschiedenen Wellenlängen und/oder verschiedenen Polarisationen eingerichtet. Verschiedene Wellenlängen werden beispielsweise durch Verwendung von Lichtquellen mit geeigneten spektralen Emissionen bereitgestellt. Zur Bereitstellung verschiedener Polarisationen werden beispielsweise verstellbare polarisierende Strahlteiler und/oder Polarisationsfilter verwendet. Vorteilhafterweise werden damit zusätzliche Freiheitsgrade bei der Wahl der in den Beleuchtungsstrahlengängen erfassten Ortsfrequenzen geschaffen. Des Weiteren wird vereinfacht zu erfassen, ob eine streuende Struktur ein Oberflächendefekt oder eine Oberflächenstruktur ist oder ob sie nicht-topografisch streut, so dass Defekte besser identifiziert werden können. Wenn Defekte identifiziert werden, kann bevorzugt eine Entscheidung über eine nachfolgende Reinigung der Oberfläche getroffen werden. Alternativ, wenn eine Oberflächenstruktur identifiziert wird, kann bevorzugt eine Nachbearbeitung der Oberfläche, z. B. der Noppen-Stirnflächen, erfolgen. Diese Unterscheidungsmöglichkeit ermöglicht vorteilhaft eine erheblich verkürzte Nachbearbeitungsprozesszeit und geringeren Aufwand.
• Gemäß bevorzugten Varianten der Anwendung von verschiedenen Wellenlängen in den Beleuchtungsstrahlengängen ist die Beleuchtungseinrichtung zur Erzeugung des Messlichts in mindestens einem der Beleuchtungsstrahlengänge mit mindestens zwei verschiedenen Wellenlängen und/ oder mit mindestens zwei verschiedenen Polarisationen eingerichtet.
• Besonders bevorzugt ist die Auswertungseinrichtung zur Bestimmung von mindestens zwei PSD-Funktionen, insbesondere mit gleichen Ortsfrequenzen (d. h. gemeinsame Ortsfrequenzen oder Ortsfrequenzbereiche), der Oberflächenabschnitte im beleuchteten Messbereich und/oder mindestens zwei Integralen Streuungen, insbesondere mit gleichen Ortsfrequenzbereichen, und zur Erkennung von Strukturen auf den Oberflächenabschnitten aus den mindestens zwei PSD-Funktionen und/oder mindestens zwei Integralen Streuungen eingerichtet. Strukturen auf den Oberflächenabschnitten können aus Abweichungen, beispielweise Differenzen oder Quotienten, der mindestens zwei PSD-Funktionen und/oder mindestens zwei Integralen Streuungen erfasst werden. Vorteilhafterweise wird damit die Unterscheidung zwischen Defekten und Oberflächenstruktur noch vereinfacht.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Auswertungseinrichtung zur Erkennung der Oberflächenabschnitte im Messbereich, insbesondere in den Streulichtbildern, eingerichtet. Die Bestimmung des mindestens einen Rauheitsmerkmals kann insbesondere für jeden Oberflächenabschnitt aus den mindestens zwei Streulichtbildern erfolgen. Alternativ kann vorgesehen sein, dass nur eine Teilgruppe der Oberflächenabschnitte ausgewertet wird. Durch die Erkennung der Oberflächenabschnitte insbesondere in den Streulichtbildern wird die Genauigkeit der Bestimmung des mindestens einen Rauheitsmerkmals verbessert, und es können unerwünschte Störungen durch mögliches Streulicht von Randstrukturen der Oberflächenabschnitte oder durch Beugungseffekte erfasst und vermieden werden.
• Vorteilhafterweise können Bildbereiche in den Streulichtbildern den Oberflächenabschnitten (deterministische Struktur) zugeordnet und von stochastischen Strukturen, wie z. B. Defekten oder Verunreinigungen, unterschieden werden. Die Berechnung des mindestens einen Rauheitsmerkmals kann auf die Oberflächenabschnitte beschränkt werden. Weiterhin können Informationen auch über die einzelnen Oberflächenabschnitte gemittelt werden.
• Die Erkennung der Oberflächenabschnitte kann mit einem Bilderkennungsverfahren erfolgen, dem die Streulichtbilder unterzogen werden. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Auswertungseinrichtung zur Erkennung der Oberflächenabschnitte durch Anwendung von neuronalen Netzwerken und/oder von Verfahren maschinellen Lernens eingerichtet. Diese Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich durch die Kombination eines abbildenden Streulichtmessverfahrens, das auf extrem hohe Ortsfrequenzen abgestimmt ist, mit lernenden numerischen Verfahren aus. Vorteilhafterweise wird damit die Zuverlässigkeit der Erkennung der Oberflächenabschnitte selbst beim Vorhandensein von Defekten erhöht.
• Vorzugsweise ist die Auswertungseinrichtung zur Erkennung von Strukturen auf den Oberflächenabschnitten aus den mindestens zwei Streulichtbildern durch Anwendung von digitalen Bildmasken eingerichtet. Digitale Bildmasken umfassen z. B. vorgegebene Referenzbilder mit vorbestimmten Formen und/oder Dimensionen, die für Defekte charakteristisch sind, die auf der Oberfläche erwartet werden. Defekte umfassen z. B. Kontaminationen mit Fremdmaterialien, wie z. B. Partikel oder Fasern, oder Materialschäden, wie z. B. Kantenausbrüche oder Risse. Durch Vergleich der Bildmasken mit den Streulichtbildern können die Defekte identifiziert und ggf. einer Klassifizierung (z. B. Staub, Faser, Kantenausbruch u. dgl.) und/oder Größenbestimmung unterzogen werden. Vorteilhafterweise kann durch die Anwendung von digitalen Bildmasken die Auswertung der Streulichtbilder beschleunigt werden.
• Die Bildmasken können insbesondere erleichtern, die Streulichtbilder nur partiell auszuwerten, bspw. die Rauheit aus den Streulichtdaten nur in den Oberflächenabschnitten, insbesondere auf den Noppen zu berechnen. Bei erkannten Partikeln können analog durch die Bildmasken die Streulichtdaten der Partikel extrahiert werden, um andere Auswertealgorithmen zur Größenbestimmung zu verwenden. Die Maskenerstellung und die Defektkategorisierung können durch Verfahren des maschinellen Lernens (insbesondere neuronale Netzwerke) erfolgen. Die Auswertung der extrahierten Streulichtdaten kann klassisch über an sich bekannte Modelle erfolgen, wobei die Modellauswahl abhängig von der erkannten Defektart erfolgen kann. Beispielsweise können Einzelpartikel mit dem Bobbert-Vlieger-Modell zur Größenbestimmung aus den ARS Daten, Defekte durch eine Größenbestimmung über Pixelzählen/Flächenbestimmung, und/oder Noppen durch eine Oberflächenrauheitsberechnung aus ARS-Daten mit dem Rayleigh-Rice-Modell bewertet werden.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Abbildungsoptik der Detektoreinrichtung eine telezentrische Optik, die Vorteile für den Aufbau der Messvorrichtung bietet, da keine komplizierte Sonderoptik erforderlich ist.
• Gemäß der Erfindung ist es ausreichend, wenn die Streulichtbilder mit der Detektoreinrichtung mit einem festen Beobachtungswinkel relativ zur Oberfläche der untersuchten Probe aufgenommen werden. Vorzugsweise verläuft der Beobachtungswinkel der Detektoreinrichtung parallel zu der Oberflächennormalen der Oberfläche der untersuchten Probe. Die telezentrische Optik bietet den Vorteil, dass der Beobachtungswinkel bzw. Streuwinkel für jeden Pixel identisch ist und damit auch die Ortsfrequenz für alle Pixel. Das hat auch den Vorteil, dass durch die - im gesamten Gesichtsfeld - bevorzugt senkrechte Beobachtung der Probe, sich laterale Dimensionen genauer vermessen lassen. Weiterhin ist der Raumwinkel für alle Pixel gleich, was vorteilhalft für die Kalibrierung ist.
• Weitere Vorteile insbesondere für die Untersuchung von Noppen-Stirnflächen einer Haltevorrichtung ergeben sich, wenn die Beleuchtungseinrichtung zur gerichteten Beleuchtung der Oberflächenabschnitte unter einem flachen Einfallswinkel im Bereich 88° bis 75° mit Messlicht geringer Wellenlänge λ < 300 nm und die Auswertungseinrichtung zur Bestimmung eines Schiefe-Parameters der Oberflächenabschnitte eingerichtet ist. Der Schiefe-Parameter „Skewness“ ist ein statistisches quantitatives Maß für die Art und Stärke der topografischen Asymmetrie der einzelnen Stirnflächen von ihrem Mittelwert. Durch die Ermittlung des Schiefe-Parameters lassen sich bestimmte Interaktionseigenschaften des Wafers mit den Noppen ermitteln, die wiederum für laterale Verzerrungen des Wafers entscheidend sind.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist mindestens eine weitere Detektoreinrichtung mit einer Abbildungsoptik und einem Detektorarray aus einer Vielzahl von Detektorpixeln vorgesehen, wobei die mindestens eine weitere Detektoreinrichtung zur Erfassung von mindestens zwei Streulichtbildern des beleuchteten Messbereichs unter mindestens einem weiteren Beobachtungswinkel relativ zu der Oberflächennormalen der Oberfläche eingerichtet ist. Es ist beispielsweise mindestens eine zweite Detektoreinrichtung vorgesehen, die einen größeren Beobachtungswinkel zur Probennormalen der untersuchten Probe bildet als die erste Detektoreinrichtung. Vorteilhafterweise können damit Strukturen mit noch höheren Ortsfrequenzen erfasst werden.
• Eine weitere Ausführungsform weist mindestens eine Beleuchtung auf, deren Einfallswinkel so gewählt ist, dass der direkte spekulare Reflex in mindestens einen Zusatz-Detektor fällt. Vorteilhafterweise kann mit dem Messwert des Zusatz-Detektors ein lokaler Reflexionsfaktor der Probe bestimmt werden, was die Genauigkeit der Auswertung erhöht. Für die Bestimmung des Reflexionsfaktors unter einem Einfallswinkel parallel zur Oberflächennormalen kann ein Strahlteiler im optischen Pfad des Detektionsstrahlgangs verwendet werden, der es erlaubt, die Probe sowohl parallel zur Oberflächennormalen zu beobachten, als auch parallel zur Oberflächennormalen zu beleuchten.
• Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Beleuchtungseinrichtung nicht auf bestimmte Typen von Lichtquellen beschränkt ist. Mit dem Begriff „Lichtquelle“ wird eine jegliche Form eines leuchtenden Elements bezeichnet, das zur Beleuchtung der zu untersuchenden Probe unter einem vorbestimmten Einfallswinkel angeordnet ist.
• Vorzugsweise ist die Lichtquelle ein aktiv leuchtendes Element, wie z. B. eine Leuchtdiode oder einen Laser, dessen Emission hin zu der Probe gerichtet ist. Leuchtdioden oder Laser haben Vorteile aufgrund der Verfügbarkeit von Bauteilen mit hohen Beleuchtungsintensitäten, der Verfügbarkeit von schmalbandigen Emittern und der gerichteten Emissionen. Leuchtdioden können wegen ihrer Inkohärenz von Vorteil sein, da an der Probe keine störenden Specklemuster erzeugt werden. Laser können z. B. Laserdioden oder Festkörperlaser umfassen.
• Alternativ enthält die Lichtquelle ein passiv leuchtendes Element (beleuchtetes Element), wie z. B. eine Lichtleiterfaser, insbesondere ein Faserende einer Lichtleitfaser, oder einen Reflektor, in Kombination mit einer Leuchtdiode oder einem Laser. Mehrere oder alle Lichtleitfasern oder Reflektoren können mit einer gemeinsamen Leuchtdiode oder einem gemeinsamen Laser gekoppelt sein. Bei diesen Varianten ergeben sich Vorteile für die dichte Anordnung einer Vielzahl von Lichtquellen, z. B. Faserenden, zur Einstellung einer Vielzahl von Einfallswinkeln.
• Die Beleuchtungseinrichtung kann Lichtquellen gleicher oder verschiedener Varianten umfassen, die sich durch ihre Einfallswinkel unterscheiden. Beispielsweise können direkt die Probe beleuchtende Laser und/oder Leuchtdioden mit Lichtleitfasern kombiniert werden, die mit den gleichen oder weiteren Lasern und/oder Leuchtdioden gekoppelt sind.
• Vorzugsweise ist jede Lichtquelle mit einer Beleuchtungsoptik ausgestattet. Die Beleuchtungsoptik bietet Vorteile für die Ausrichtung der Beleuchtung hin zu der Probe und/oder die Formung des beleuchteten Messbereichs auf der Oberfläche der Probe. Wenn die Lichtquelle eine Leuchtdiode oder eine Lichtleitfaser umfasst, ist die Beleuchtungsoptik vorzugsweise eine Kollimationslinse. Wenn die Lichtquelle einen Laser umfasst, ist die Beleuchtungsoptik vorzugsweise eine Kombination aus einer Aufweitungslinse und einer Kollimationslinse. Alternativ können für weniger Eigenstreulicht der Beleuchtungen, oder um Aberrationen und Transmissions- bzw. Reflexionsverluste über einem breiteren Spektralbereich der Beleuchtung zu verbessern, auch Spiegeloptiken verwendet werden.
• Ein Streulichtbild kann die gesamte Oberfläche der zu untersuchenden Probe abdecken. Alternativ kann ein Streulichtbild einen Teilbereich der Oberfläche der zu untersuchenden Probe abdecken und die gesamte Oberfläche durch wiederholte Messungen in verschiedenen Teilbereichen erfasst werden. Im letzteren Fall sind gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Probenhalterung zur Aufnahme der Probe und/oder die Anordnung aus der Beleuchtungseinrichtung und der Detektoreinrichtung relativ zueinander beweglich, so dass die Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung von verschiedenen Messbereichen (Teilbereichen) der strukturierten Oberfläche angeordnet werden kann und mit der Detektoreinrichtung die Streulichtbilder der verschiedenen Messbereiche erfassbar sind, wobei die Messvorrichtung zur wiederholten Rauheitsmessung an Oberflächenabschnitten in den verschiedenen Messbereichen der strukturierten Oberfläche eingerichtet ist. Jeder Teilbereich umfasst mindestens zwei, typischerweise mindestens 20 Oberflächenabschnitte. Bei der Rauheitsmessung an einer Haltevorrichtung deckt ein Teilbereich z. B. etwa 50 Noppen-Stirnflächen ab.
• Vorteilhafterweise ist die Rauheitsmessung mit weiteren Untersuchungs- und/oder Bearbeitungsverfahren kombinierbar. Beispielsweise werden gemäß bevorzugten Varianten der Erfindung ausgewählte Oberflächenabschnitte, insbesondere mit einer erhöhten Rauheit, zusätzlich gezielt mit einem interferometrischen, topographischen und/oder spektroskopischen Messverfahren, insbesondere Interferometrie, Konfokalmikroskopie, Fluoreszenzspektroskopie oder Ramanspektroskopie, untersucht. Eine Bearbeitung der Probe kann z. B. eine Präparation im Messbereich und/oder eine Oberflächenbehandlung der Probe, wie ein Polieren, umfassen. Das weitere Untersuchungs- und/oder Bearbeitungsverfahren wird vorzugsweise nachfolgend nach der erfindungsgemäßen Rauheitsmessung durchgeführt. Alternativ ist auch eine Untersuchung vor der Rauheitsmessung möglich.
• Besonders bevorzugt ist mindestens ein nachfolgendes zweites Messverfahren, vorzugsweise das interferometrische, topografische und/oder spektroskopische Messverfahren, wie beispielsweise Interferometrie (insbesondere Weißlichtinterferometrie), Konfokalmikroskopie, Fluoreszenzspektroskopie oder Ramanspektroskopie, vorgesehen, um gezielt einzelne erkannte Defekte oder Strukturen nochmals zu vermessen. Vorzugsweise werden Oberflächenabschnitte mit einer erhöhten Rauheit und/oder mit erhöhten Abweichungen zwischen mindestens zwei PSD-Funktionen und/oder mindestens zwei integralen Streuungen der Oberflächenabschnitte untersucht, da diese Abweichungen auf Defekte oder insbesondere Kontaminationen hinweisen können. Die dadurch zur Verfügung stehenden zusätzlichen Information und Daten können dann verwendet werden, um genauere Informationen zu den Strukturen und Defekten zu bekommen (z.B. Pass-Fail), oder die Auswertegenauigkeit der neuronalen Netzwerke aus den Streulichtmessdaten zu trainieren und verbessern. Weiterhin können andere Produkteigenschaften, die durch vorherige oder nachfolgende Messungen mit anderen Messverfahren bekannt sind, wie bspw. Verschleißfestigkeit, mit den Daten der erfindungsgemäßen Rauheitsmessung korreliert werden bspw. durch Anpassen oder Training von Auswertealgorithmen oder neuronale Netzwerken. Zusätzlich kann damit auch der erfassbare Ortsfrequenzbereich erweitert werden.
• Bei einem topographischen Messverfahren kann mindestens eine weitere Messung mit der Detektoreinrichtung erfolgen, wobei eine veränderte Fokalebene eingestellt wird. Im Ergebnis kann die Topographie der Oberfläche rekonstruiert werden. Beispielsweise können lokale Neigungswinkel von der Oberflächenstrukturen oder -abschnitten relativ zur lateralen Ausdehnung der Probe in einem gemeinsamen Messbereich ermittelt werden, in dem die erfindungsgemäße Rauheitsmessung ausgeführt wird. Vorteilhafterweise können dadurch lokale Einfallswinkel und Streuwinkel zur Berechnung des mindestens einen Rauheitsmerkmals genau ermittelt und die Genauigkeit der Auswertung verbessert werden.
• Als topographische Messverfahren können vorzugweise eine Fokusvariationsmessung (auch als Shape-From-Defokus-Verfahren bezeichnet) und/oder eine Makyoh-Imaging-Messung (Makyoh-Topographie-Messung) vorgesehen sein. Bei der Fokusvariationsmessung, die vorzugsweise im Dunkelfeld durchgeführt wird, erfolgt eine Variation (scannen) der Fokalebene der Detektoreinrichtung und eine Erfassung, bei welcher Fokalebene einzelne Bildtexturen am schärfsten sind, woraus ein Höhenprofil, insbesondere eine lokale Oberflächenneigung, der Oberfläche ermittelt wird. Beim Makyoh-Imaging, das vorzugsweise im Hellfeld durchgeführt wird, erfolgt vorzugsweise die Erfassung von mindestens einem Kamerabild außerhalb des Fokus. Durch lokale Probenkrümmungen wird die Intensität des unscharfen Bildes beeinflusst, was die Berechnung des Höhenprofils, insbesondere der lokalen Oberflächenneigung, erlaubt. Für diese Berechnung werden beispielsweise eine homogene Einfallsbeleuchtungsverteilung im Messbereich und ein konstanter lokaler Reflexionsfaktor angenommen. Alternativ können die Einfallsbeleuchtungsverteilung und der lokale Reflexionsfaktor auch über Kalibrierung der Detektoreinrichtung mit Proben bekannter Reflexion berechnet werden.
• Die in Zusammenhang mit der Messvorrichtung und ihren Ausführungsformen offenbarten Merkmale stellen ebenfalls bevorzugte Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens dar und umgekehrt. Die vorgenannten Aspekte und erfinderischen und bevorzugten Merkmale, insbesondere hinsichtlich des Aufbaus der Messvorrichtung sowie der Abmessungen und Zusammensetzungen der einzelnen Komponenten, die in Zusammenhang mit der Messvorrichtung beschrieben werden, gelten daher auch für das Verfahren. Die oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen, Varianten und Merkmale der Erfindung sind miteinander kombinierbar.
• Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die Zeichnungen zeigen schematisch in:
• 1: Merkmale bevorzugter Ausführungsformen der Messvorrichtung und des Verfahrens zur Rauheits- und/oder Defektmessung mit einer Zeit-Ansteuerung der Lichtquellen;
• 2: eine abgewandelte Ausführungsform der Messvorrichtung gemäß 1 mit mehreren Detektoreinrichtungen;
• 3: eine weitere abgewandelte Ausführungsform der Messvorrichtung mit einer Intensitäts-Ansteuerung der Lichtquellen;
• 4: Illustrationen zur Funktion der Messvorrichtung gemäß 3; und
• 5: eine Illustration von Winkeln und Richtungen, auf die bei der Bestimmung mindestens eines Rauheitsmerkmals Bezug genommen wird.
• Merkmale von Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden unter beispielhaftem Bezug auf die Rauheits- und/oder Defektmessung an einer Probe in Gestalt eines ebenen ESC 1 (ausschnittsweise, schematisch gezeigt) beschrieben. Es wird betont, dass die Anwendung der Erfindung nicht auf die Messung an einem ebenen ESC beschränkt ist, sondern auch Messungen an anderen Haltevorrichtungen mit Noppen, die eine Trägerfläche aufspannen, und an anderen ebenen oder gekrümmten Bauteilen, wie z. B. optischen Spiegeln oder Linsen oder Bondscheiben, einschließt. Bei Messungen an gekrümmten Bauteilen beziehen sich Richtungsangaben, wie z. B. die Oberflächennormale, lokal auf die jeweiligen Richtungen im aktuellen Messbereich der Messung. Bei der Beschreibung der Bestimmung mindestens eines Rauheitsmerkmals wird auf Winkel, Richtungen und weitere Größen Bezug genommen, die in 5 veranschaulicht sind.
• Die Zeichnungen sind schematische Illustrationen, welche die Merkmale von Ausführungsformen der Erfindung zeigen. Einzelheiten der beschriebenen Konfigurationen, wie z. B. ein Träger von Lichtquellen, ein Kameragehäuse oder eine Probenhalterung sind nicht gezeigt, soweit diese an sich aus dem Stand der Technik bekannt sind.
• Beispielhaft wird auf Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, bei denen Streulicht von der Probe in Reflexion erfasst wird, d. h. die Beleuchtungs- und Detektoreinrichtungen in einem gemeinsamen Halbraum auf einer Seite der Probe angeordnet sind. Die Erfindung ist in entsprechender Weise anwendbar, wenn das Streulicht von der Probe in Transmission erfasst wird, d. h. die Beleuchtungseinrichtung und die Detektoreinrichtung in verschiedenen Halbräumen auf entgegengesetzten Seiten der Probe angeordnet sind.
• Im oberen Teil von 1 ist schematisch eine Messvorrichtung 100 zur Rauheits- und/oder Defektmessung am ESC 1 gezeigt, die eine Beleuchtungseinrichtung 10, eine Detektoreinrichtung 20 mit einer Kamera, eine Auswertungseinrichtung 30 und eine Probenhalterung 40 aufweist. Die Konfiguration der Auswertungseinrichtung 30 und das mit der Auswertungseinrichtung 30 ausgeführte Verfahren zur Bestimmung mindestens eines Rauheitsmerkmals, einschließlich einer Ermittlung einer Rauheit und/oder Identifizierung von Defekten, sind im unteren Teil von 1 illustriert.
• Die Auswertungseinrichtung 30 umfasst eine Computereinheit, die zur Abarbeitung von Datenverarbeitungsprogrammen zur Verarbeitung von Streulichtbild-Daten, die mit der Detektoreinrichtung 20 aufgenommen werden, ausgelegt ist. Vorzugsweise ist die Auswertungseinrichtung 30 auch mit einer Steuereinheit zur Steuerung der Messvorrichtung 100 ausgestattet. Alternativ oder zusätzlich kann zur Steuerung der Messvorrichtung 100 eine zusätzliche Steuereinheit (nicht dargestellt) getrennt von der Auswertungseinrichtung 30 vorgesehen sein.
• Der ESC 1 hat die Gestalt einer ebenen Platte, auf deren Oberfläche eine Vielzahl von Noppen 1A jeweils mit einer Stirnfläche 2 angeordnet ist. Der ESC 1 ist ausschnittsweise schematisch mit wenigen Noppen 1A gezeigt. In der Praxis ist z. B. eine dichte Anordnung mit mehreren zehntausend Noppen 1A mit Abständen geringer als 3000 µm vorgesehen, deren Stirnflächen 2 jeweils einen Durchmesser geringer als 0,5 mm aufweisen und die Trägerfläche des ESC 1 für einen Wafer aufspannen. Der ESC 1 erstreckt sich in einer Referenzebene (hier: X-Y-Ebene), und die Oberflächennormale des ESC 1 erstreckt sich senkrecht zu der Referenzebene (hier: Z-Richtung). Die Stirnflächen 2 liegen vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene parallel zur Referenzebene. Vorzugsweise erlaubt die Tiefenschärfe und der Farblängsfehler der Kamera eine scharfe Abbildung beider Ebenen und bei verschiedenen Wellenlänge gleichzeitig, oder es ist mit der Kamera möglich, die Ebenen durch Nachfokussieren sequentiell scharf abzubilden. Optional können die Topographie und/oder lokale Höhenvariationen der Oberfläche des ESC 1 z. B. durch eine Fokusvariationsmessung und/oder eine Makyoh-Imaging-Messung erfasst werden.
• Der ESC 1 ist auf der Probenhalterung 40 (schematisch dargestellt) angeordnet, die z. B. einen Kreuztisch zur Halterung und Bewegung des ESC in der X-Y-Ebene umfasst. Mit der Probenhalterung 40 ist die Position des ESC 1 relativ zu der Beleuchtungseinrichtung 10 und der Detektoreinrichtung 20 und insbesondere der von der Beleuchtungseinrichtung 10 beleuchtete Messbereich 3 innerhalb der Gesamtoberfläche des ESC 1 einstellbar.
• Die Beleuchtungseinrichtung 10 enthält eine Gruppe von Lichtquellen 11A, 11B, 11C, 11D, die jeweils eine Leuchtdiode, z. B. vom Typ M300L4 (340 nm Wellenlänge, 53 mW Leistung, Hersteller Thorlabs GmbH) umfassen. Die Lichtquellen 11A, 11B, 11C, 11D sind an einem gemeinsamen Träger und/oder Gehäuse (nicht dargestellt) befestigt und jeweils mit einer Beleuchtungsoptik (Kollimationsoptik) 12 ausgestattet. Optional kann mindestens eine Lichtquelle und vorzugsweise können alle Lichtquellen mit einem verschiebbaren Abschwächer, wie z. B. einem Graufilter, versehen sein (siehe 3). Die Abschwächer sind in die Strahlengänge der jeweiligen Lichtquellen zur Erhöhung der Dynamik der Messung ein- und ausfahrbar.
• Die Beleuchtungsoptiken 12 der Lichtquellen 11A, 11B, 11C, 11D umfassen jeweils eine Kollimationslinse zur Bildung eines kollimierten Beleuchtungsstrahlengangs LA, LB, LC und LD hin zum ESC 1. Die Lichtquellen 11A, 11B, 11C, 11D und die zugehörigen Beleuchtungsoptiken 12 sind so fixiert angeordnet, dass jeder der Beleuchtungsstrahlengänge LA, LB, LC und LD einen anderen Einfallswinkel Θ_i relativ zu der Oberflächennormalen der Oberfläche des ESC 1 bildet und auf den gemeinsamen Messbereich 3 gerichtet ist. Die Ausleuchtung ist in den Beleuchtungsstrahlengängen LA, LB, LC und LD ist aufgrund der verwendeten Beleuchtungsoptiken 12 üblicherweise rund oder ellipsenförmig und größer als der betrachtete Messbereich 3. Der Messbereich 3 hat z. B. eine an die Form eines Detektorarrays 21 der Detektoreinrichtung 20 angepasste, rechteckige oder quadratische Form, insbesondere mit einer Seitenlänge im Bereich von 0,1 cm bis 10 cm.
• Beispielhaft sind vier Lichtquellen gezeigt, wobei in der praktischen Anwendung weitere Lichtquellen, z. B. insgesamt 10 oder mehr Lichtquellen, vorgesehen sein können. Die Einfallswinkel können z. B. im Bereich von 2° bis 75° verteilt angeordnet. Vorzugsweise sind die Einfallswinkel in dem Bereich so verteilt, dass sie eine möglichst gleichmäßige Abtastung der erfassten Ortsfrequenzen ermöglichen. Damit ergibt sich nach Gleichung (1) (siehe unten) eine höhere Dichte von Leuchtquellen bei kleinen Einfallswinkeln. Wenn an der Probe streuende Strukturen mit bestimmten Ortsfrequenzen erwartet werden, können die Einfallswinkel vorzugsweise im Bereich der erwarteten Ortsfrequenzen eingestellt werden.
• Die Lichtquellen 11A, 11B, 11C, 11D mit den zugehörigen Beleuchtungsoptiken 12 haben eine feste Position und Ausrichtung relativ zu der Detektoreinrichtung 20 und entsprechend auch relativ zu der X-Y-Ebene. Die feste Position und Ausrichtung sind mindestens während des Betriebs der Messvorrichtung 100 für die Dauer der Aufnahme aller Streulichtbilder zur Ermittlung des mindestens einen Rauheitsmerkmals eingestellt. Für eine Anpassung an geänderte Messbedingungen können die Lichtquellen 11A, 11B, 11C, 11D mit den zugehörigen Beleuchtungsoptiken 12 an dem Träger oder in dem Gehäuse lösbar fixiert und verstellbar sein.
• Die Beleuchtungseinrichtung 10 und die Probenhalterung 40 sind mit der Steuereinheit der Auswertungseinrichtung 30 (siehe Doppel-Pfeile) oder einer separaten Steuereinheit gekoppelt. Mit der Steuereinheit wird eine Zeit- oder optional eine Intensitätssteuerung der Lichtquellen 11A, 11B, 11C, 11D und eine Positionierung des ESC 1 bereitgestellt, wie unten mit weiteren Einzelheiten beschrieben ist.
• Die Detektoreinrichtung 20 umfasst eine Kamera mit einem Detektorarray 21, z. B. vom Typ OrcaFusion (Hersteller Hamamatsu) und einer Abbildungsoptik 22, die vorzugsweise eine telezentrische Optik ist. Die Detektoreinrichtung 20 ist mit einem festen Beobachtungswinkel Θ_s relativ zu der Oberflächennormalen der Oberfläche des ESC 1 angeordnet. Der Beobachtungswinkel beträgt vorzugsweise 0°, d. h. die optische Achse der Detektoreinrichtung 20 verläuft parallel zur Oberflächennormalen (Z-Richtung). Alternativ kann der Beobachtungswinkel von 0° abweichen (siehe z. B. 2).
• Das Detektorarray 21, wie z. B. eine CMOS-Matrix, umfasst eine Vielzahl von Detektorpixeln zur ortsaufgelösten Aufnahme von Streulicht bei Beleuchtung des Messbereichs 3 entlang der Beleuchtungsstrahlengänge LA, LB, LC und LD. Ausgangssignale des Detektorarrays 21 sind mehrere Streulichtbilder 4A, 4B, 4C, 4D,... des gleichen Messbereichs 3, deren Anzahl bei der Ausführungsform mit Zeitsteuerung der Beleuchtungseinrichtung mindestens gleich der Anzahl der Lichtquellen ist. Bei der Aufnahme von Beleuchtungsserien, z. B. um die Zuverlässigkeit der Erkennung von deterministischen Strukturen oder Defekten zu erhöhen, ist die Anzahl der Streulichtbilder 4A, 4B, 4C, 4D,... vorzugsweise gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Anzahl der Lichtquellen. Beleuchtungsserien können zum Beispiel mit unterschiedlichen Integrationszeiten ausgeführt werden, um die Dynamik zu erhöhen und so beispielsweise HDR (high-dynamic-range) Bilder zu erhalten. Die Streulichtbilder 4A, 4B, 4C, 4D werden an die Auswertungseinrichtung 30 geliefert, mit der das Verfahren zur Bestimmung des mindestens einen Rauheitsmerkmals ausgeführt wird.
• Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist eine Zeit-Ansteuerung der Lichtquellen 11A, 11B, 11C, 11D derart vorgesehen, dass die Streulichtbilder 4A, 4B, 4C, 4D,... für jeden Einfallswinkel voneinander zeitlich getrennt aufgenommen werden. Während der Aufnahme der Streulichtbilder 4A, 4B, 4C, 4D,... bleibt die Position der Detektoreinrichtung 20 unverändert. Mit der Auswertungseinrichtung 30 werden die Lichtquellen 11A, 11B, 11C, 11D aufeinanderfolgend eingeschaltet. Jeweils eine der Lichtquellen ist für eine vorbestimmte Belichtungsdauer, z. B. 40 ms, eingeschaltet, während alle anderen Lichtquellen ausgeschaltet sind. Zu jeder Beleuchtungsphase mit einer der Lichtquellen wird ein Streulichtbild aufgenommen und an die Auswertungseinrichtung 30 übertragen. Beispielsweise können innerhalb von nur 0,5 s 10 Streulichtbilder 4A, 4B, 4C, 4D,... eines 25x25 mm² Messfeldes aufgenommen werden, die sich durch die Beleuchtungsstrahlengänge LA, LB, LC, LD, ... unterscheiden.
• Jedes Streulichtbild ist ein Amplitudenbild, das sich dadurch auszeichnet, dass die an den Detektorpixeln einzeln aufgenommenen Streulichtamplituden jeweils durch Lichtstreuung an Strukturen, wie z. B. Oberflächenabschnitten 2, Partikeln 5 oder Fasern 6, mit einer gemeinsamen Ortsfrequenz f gemäß [6] $$\text{f}=\left[\text{sin}\left({\mathrm{\Theta }}_{\text{s}}\right)-\text{sin}\left({\mathrm{\Theta }}_{\text{i}}\right)\right]\text{/}\mathrm{\lambda }$$

  

  bestimmt werden (siehe 5, Θ_s: Beobachtungs- oder Streuwinkel, Θ_i: Einfallswinkel, λ: Wellenlänge der Beleuchtung). Die Ortsfrequenz f lässt sich alternativ gemäß $$ƒ=\sqrt{{ƒ}_x^2+{ƒ}_y^2}.$$

  

  berechnen, wobei für f_x und f_y gilt: $${ƒ}_x=\left(\text{sin}{\theta }_s\text{cos}{\varphi }_s-\text{sin}{\theta }_i\right)\text{/}\lambda \text{ und }{ƒ}_y=\left(\text{sin}{\theta }_s\text{sin}{\varphi }_s\right)\text{/}\mathrm{\lambda }$$

  

  wobei ϕ_s ein Azimutwinkel relativ zur Achse ist, die senkrecht zur Oberflächennormalen verläuft und in der Einfallsebene liegt, die von der Richtung der Beleuchtung mit dem Einfallswinkel θ_i und der Oberflächennormalen aufgespannt wird (siehe 5). Die Ortsfrequenzen f_x und f_y beziehen sich daher auf die Koordinaten der Streugeometrie definiert über die Richtung des Einfallsstrahls. Befindet sich der Einfallsstrahl nicht in der X-Achse der Probe, also gedreht um einen Azimuthwinkel ϕ_i um die Oberflächennormale, werden die Ortsfrequenzen wie folgt über eine Rotation auf Probenortsfrequenzen f_x und f_y transformiert: $${ƒ}_X={ƒ}_x\text{cos}{\varphi }_i+{ƒ}_y\text{sin}{\varphi }_i,{ƒ}_Y=-{ƒ}_x\text{sin}{\varphi }_i+{ƒ}_y\text{cos}{\varphi }_i$$

  
• Die Streulichtamplituden in den Streulichtbilder sind über die winkelaufgelöste Streuung ARS definiert gemäß [6] $$ARS\left({\theta }_s,{\varphi }_s,{\theta }_i\right)=\frac{\mathrm{\Delta }{P}_s\left({\theta }_s,{\varphi }_s,{\theta }_i\right)}{P_i\mathrm{\Delta \Omega }}.$$

  

  wobei ΔΩ den Raumwinkel, ΔP_s die gestreute Leistung und P_i die einfallende Leistung bezeichnen (siehe 5).
• Mit der Auswertungseinrichtung 30 werden aus den Streulichtbildern 4A, 4B, 4C, 4D,... die PSD-Funktionen der Oberflächenabschnitte 2 im beleuchteten Messbereich 3 ermittelt und als Rauheitsmerkmal des zugehörigen Oberflächenabschnitts 2 ausgegeben, oder aus jeder PSD-Funktion wird mindestens ein abgeleitetes Rauheitsmerkmal des zugehörigen Oberflächenabschnitts 2, wie z. B. der rms-Wert, berechnet.
• Alternativ wird aus den Streulichtbildern 4A, 4B, 4C, 4D,... die Integrale Streuung S der Oberflächenabschnitte 2 im beleuchteten Messbereich 3 ermittelt und aus jedem S-Wert wird mindestens ein abgeleitetes Rauheitsmerkmal des zugehörigen Oberflächenabschnitts 2, wie z. B. der rms-Wert, berechnet. Alternativ oder zusätzlich werden mit der Auswertungseinrichtung 30 aus den Streulichtbildern 4A, 4B, 4C, 4D,... Defekte an der ESC-Oberfläche erkannt und charakterisiert.
• Im Einzelnen wird in einem Schritt S1 (unterer Teil von 1) mit an sich verfügbaren Verfahren der Bilderkennung, optional unter Anwendung eines neuronalen Netzwerks, festgestellt, ob eine streuende Struktur eine deterministische Struktur, d. h. ein Oberflächenabschnitt 2 ist. Wenn dies nicht der Fall ist, wird in einem Schritt S2 mittels Bilderkennung festgestellt, ob eine streuende Struktur einen Defekt enthält. Dabei wird eine Klassifizierung nach erwarteten Defekten, wie z. B. Partikel 5, Fasern 6, Materialausbrüchen oder Rissen, vorgenommen, um anschließend den jeweiligen Defekt näher zu charakterisieren. Entsprechend enthält der Schritt S2 mehrere Teilschritte, von denen in 1 nur beispielhaft der Teilschritt zur Feststellung gezeigt ist, ob ein Defekt durch ein Partikel gebildet wird.
• Bei der Anwendung eines neuronalen Netzwerks zur Bilderkennung kann das neuronale Netzwerk fortlaufend durch maschinelles Lernen adaptiert werden. Hierzu können Informationen aus einem topographischen Reviewprozess Rev (siehe unten) und/oder aus anderen, lokalen und/oder globalen Messungen (wie beispielsweise Verschleißarmut der Probe) verwendet werden. Dadurch lassen sich auch spätere Produkteigenschaften prognostizieren, die nur indirekt mit den Messwerten zusammenhängen. Zusätzlich lässt sich dadurch auch die Genauigkeit der Ableitung von lokalen Produkteigenschaften (wie Oberflächenrauheit einer Struktur oder die Größe eines Defektes) fortlaufend verbessern.
• Falls nach den Schritten S1 und S2 eine streuende Struktur nicht als Oberflächenabschnitt 2 oder als Defekt erkannt worden ist, können die zugehörigen Daten verworfen und die Bildaufnahme wiederholt und/oder die streuende Struktur einzeln angefahren und mit einem anderen Messverfahren und/oder mit erhöhter Ortsauflösung untersucht werden.
• Werden bei den Schritten S1 und S2 deterministische Strukturen oder Defekte durch Prüfung eines quantitativen Fehlermaßes mit derart ausreichender Zuverlässigkeit erkannt, dass für die nachfolgende Berechnung des mindestens einen Rauheitsmerkmals keine weiteren Bildaufnahmen benötigt werden, können die Lichtquellen entsprechend so gesteuert werden, dass keine weiteren Beleuchtungen vorgenommen werden, um Messzeit zu sparen.
• Nach Erkennung von Oberflächenabschnitten 2 bei Schritt S1 werden diese bei den Schritten S3 und S4 durch Anwendung digitaler Masken innerhalb der Streulichtbilder 4A, 4B, 4C, 4D,... ausgeschnitten (Selektieren der Strukturen nach ihrer örtlichen Position auf der Sensormatrix), um anschließend bei den Schritten S5 und S6 jeweils ARS-Werte zu ermitteln und aus diesen bei den Schritten S7 und S8 unter Berücksichtigung der Beobachtungsgeometrie (Sicht-Raumwinkel Ω der Detektoreinrichtung) die PSD-Funktionen der streuenden Strukturen an den Oberflächenabschnitten 2 zu berechnen. Die ARS-Werte ergeben sich direkt aus den erfassten Streulichtamplituden, d. h. den Ausgangssignalen der Detektorpixel.
• Der Zusammenhang zwischen der PSD-Funktion in jedem Pixel innerhalb der selektierten Struktur in Abhängigkeit von der Ortsfrequenz f und dem ARS-Wert ergibt sich gemäß (siehe z. B. [3]) $$PSD\left(ƒ\right)=ARS\left({\theta }_s,{\varphi }_s\right)\frac{{\lambda }^4}{16{\pi }^2\text{cos}{\theta }_i{\text{cos}}^2{\theta }_{s}Q}$$

  
• In Gleichung (2) ist Q ein optischer Faktor, der Informationen zur Streugeometrie (Einfalls- und Streuwinkel, Lichtpolarisation) und Materialeigenschaften (komplexer Brechungsindex) der zu untersuchenden Probe enthält ([6], [8]). Alternativ kann Q auch durch den Reflexionsfaktor angenähert werden ([6], [8]), der sich aus Reflexionsmessungen der Probe durch Erfassen des direkten Reflexes mit dem beschriebenen Messverfahren lokal aufgelöst bestimmen lässt.
• Die PSD-Funktion kann durch Messungen bei mindestens zwei Stützstellen, d. h. verschiedene Ortsfrequenzen f bzw. verschiedene Einfallswinkel, und anschließende Extrapolation auf den gesamten interessierenden Ortsfrequenzbereich ermittelt werden. Die Extrapolation ist vorteilhafterweise möglich, da die PSD-Funktion in der Regel für polierte und beschichtete Oberflächen kontinuierlich und ohne abrupte Sprünge verläuft, so dass wenige Stützstellen ausreichend sind.
• Aus der PSD-Funktion lässt sich als Rauheitsmerkmal des jeweiligen Oberflächenabschnitts die rms-Rauheit σ gemäß $${\sigma }^2=2\pi {\displaystyle \int PSD}\left(ƒ\right)ƒdf$$

  

  berechnen (siehe z. B. [4]).
• Alternativ kann die Rauheit z. B. aus der mittleren PSD-Funktion innerhalb des Oberflächenabschnitts berechnet werden.
• Nach Erkennung von Defekten 5 bei Schritt S2 werden diese bei den Schritten S9 und S10 durch Anwendung digitaler Masken innerhalb der Streulichtbilder 4A, 4B, 4C, 4D,... ausgeschnitten, um anschließend bei Schritt S11 aus den Bilddaten, z. B. aus der Zahl der Detektorpixel, welche den Defekt abdecken, und den Abbildungseigenschaften der Detektoreinrichtung, einen Partikeldurchmesser zu berechnen. Alternativ kann ein erkannter kleiner Partikel auch beispielsweise aus den Streulichtbildern über ein Partikelstreumodell, wie z.B. [7], berechnet werden.
• Alternativ oder ergänzend zu der oben erwähnten Anwendung von digitalen Masken, die an die auszuschneidenden deterministischen Strukturen (Oberflächenabschnitte 2) angepasst sind, können Analysemasken in der Auswertungseinrichtung 30 auch für die Abdeckung von Bildabschnitten zwischen den deterministischen Strukturen angepasst sein.
• 1 illustriert schematisch, dass mit der Auswertungseinrichtung 30 mindestens ein Reviewprozess Rev ausgeführt werden kann, um weitere Informationen über die Oberflächenabschnitte oder die Defekte zu ermitteln. Der mindestens eine Reviewprozess Rev wird in Abhängigkeit vom Ergebnis der Ermittlung des mindestens einen Rauheitsmerkmals vorzugsweise mit einem topographischem Messverfahren, wie z. B. Weißlichtinterferometrie und/oder einem AFM ausgeführt. Alternativ oder zusätzlich kann mindestens ein Reviewprozess Rev vorgesehen sein, der auf dem erfindungsgemäßen Verfahren basiert und zusätzliche oder genauere Informationen liefert, z. B. indem weitere Streuwinkel und/oder weitere Wellenlägen und/oder Phaseninformationen ausgewertet werden.
• Im Ergebnis werden die Rauheit und/oder die Eigenschaften der Defekte im Messbereich 3 aufgezeichnet und ggf. ausgegeben. Um die gesamte Oberfläche des ESC 1 zu vermessen, wird der ESC 1 mit der Probenhalterung 40 relativ zu den Beleuchtungs- und Detektoreinrichtungen 20, 30 wiederholt verfahren und in jeder Position vermessen.
• 2 zeigt eine abgewandelte Variante der Ausführungsform gemäß 1, wobei zusätzlich zu der Detektoreinrichtung 20 eine weitere Detektoreinrichtung 20A mit einem Detektorarray 21A und einer Abbildungsoptik 22A vorgesehen ist. Beispielhaft ist eine Beleuchtungseinrichtung 10 mit zwei Lichtquellen 11A, 11B jeweils mit einer Abbildungsoptik 12 gezeigt, wobei in der Praxis mehr Lichtquellen vorgesehen sein können. Die Lichtquellen 11A, 11B beleuchten den Messbereich 3 aufeinanderfolgend abwechselnd mit zwei verschiedenen Einfallswinkeln. Eine Auswertungseinrichtung (in 2 nicht gezeigt) ist zur Verarbeitung von Streulichtbildern vorgesehen, wie unter Bezug auf 1 beschrieben ist. Beispielhaft ist eine Verkippung des Detektorarrays 21A gezeigt, die für eine gleichmäßige Bildschärfe (Erfüllung der Scheimpflug-Bedingung) vorgesehen sein kann.
• Die erste Detektoreinrichtung 20 ist mit dem Detektorarray 21 und der Abbildungsoptik 22 mit einem 0°-Beobachtungswinkel zur Aufnahme von mindestens zwei Streulichtbildern angeordnet, wie unter Bezug auf 1 beschrieben ist. Die weitere Detektoreinrichtung 20A ist mit einem anderen Beobachtungswinkel relativ zu der Oberflächennormalen der Oberfläche von z. B. 60° angeordnet. Gemäß der beschriebenen Zeit-Ansteuerung werden die Lichtquellen 11A, 11B abwechselnd eingeschaltet, um Streulichtbilder mit den verschiedenen Einfallswinkeln aufzunehmen. Mit der ersten und der weiteren Detektoreinrichtung 20, 20A werden für jeden Einfallswinkel zwei Streulichtbilder des beleuchteten Messbereichs 3 unter den verschiedenen Beobachtungswinkeln aufgenommen. Vorteilhafterweise sind dadurch streuende Strukturen mit höheren Ortsfrequenzen erfassbar. Die Aufnahme der Streulichtbilder mit der ersten und der weiteren Detektoreinrichtung 20, 20A erfolgt vorzugsweise gleichzeitig.
• Alternativ oder zusätzlich können die Detektoreinrichtungen verschiedene spektrale Empfindlichkeiten aufweisen. Dies ermöglicht vorteilhafterweise die Anwendung von Beleuchtungswellenlängen innerhalb eines größeren Spektralbereichs. Des Weiteren können Beleuchtungen mit verschiedenen Wellenlängen auch gleichzeitig erfolgen, wobei die Trennung der Wellenlängen dann durch die unterschiedlichen spektralen Empfindlichkeiten der Detektoreinrichtungen erfolgt. Über Strahlteilungsoptiken wäre es ferner möglich, mehrere Detektoreinrichtungen unter dem gleichen Beobachtungswinkel, aber unterschiedlichen spektralen Sensitivitäten oder Polarisationsempfindlichkeiten zu verwenden. Eine solche Trennung ist vorteilhaft zur Verbesserung der Messgeschwindigkeit oder zur Verbesserung der Empfindlichkeit auf einzelne Strukturen oder Defekte, oder zur Verbesserung der Unterscheidbarkeit verschiedener Strukturen oder Defekte.
• Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, die in den 3 und 4 illustriert ist, werden die Streulichtbilder gleichzeitig aufgenommen und es ist eine Intensitäts-Ansteuerung der Lichtquellen 11A, 11B, 11C derart vorgesehen, dass die Beleuchtungseinrichtung 20 verschiedene Beleuchtungsstärken im Messbereich 3 durch die Beleuchtungsstrahlengänge bereitstellt.
• Die direkte Berechnung der rms-Rauheit σ für jedes Pixel aus der Totalen Streuung TS mit der Auswertungseinrichtung (in 3 nicht gezeigt) erfolgt gemäß $${\sigma }^2=TS\frac{{\lambda }^2}{R{\left(4\pi \right)}^2}$$

  

  (siehe [5]), wobei sich TS aus der gesamten hemisphärisch gestreuten Leistung P_TS und der Einfallsleistung P_i berechnet TS=P_TS/P_i und R den Reflexionsfaktor der untersuchten Oberfläche bezeichnet. Die Totale Streuung wird nach ISO13696 für einen polaren Streuwinkel θ_s in einem Winkelbereich von mindestens 2° bis 85° erfasst. Die hier beschriebene Messung der Rauheit gilt aber analog auch für kleinere Winkelbereiche, in diesem Fall wird die Messgröße wie üblich als Integrale Streuung bezeichnet.
• Um mit der Detektoreinrichtung 20 Streulichtbilder mit Streulichtamplituden zu erhalten, die proportional zur Totalen Streuung bzw. Integralen Streuung sind, wird eine Gewichtung G der Beleuchtungsstärken E=ΔP_i/ΔA der Einzelbeleuchtungen vorgenommen, wobei ΔP_i die auf das Flächenelement ΔA im Messbereich 3 einfallende Leistung bezeichnet. Das Flächenelement ΔA kann einem Detektorpixel entsprechen. Hierdurch können alle Beleuchtungen gleichzeitig die Probe (ESC 1) beleuchten. Die winkelaufgelöste Information der Streuverteilung ARS(θ_s,ϕ_s) geht zwar verloren, so dass die PSD-Funktion nicht mehr berechnet werden kann. Durch die Proportionalität zur Totalen Streuung ist jedoch eine Zeitansteuerung der Lichtquellen 11A, 11B, 11C nicht mehr notwendig, so dass eine Rauheitsmessung mit einer einzigen simultanen Bildaufnahme bei Beleuchtung mit allen Einfallswinkeln durchgeführt werden kann. Vorteilhafterweise kann damit die Messzeit erheblich reduziert werden.
• Die Ermittlung des mindestens einen Rauheitsmerkmals bei der zweiten Ausführungsform mit Intensitäts-Ansteuerung der Lichtquellen (3) basiert auf einer Abwandlung der aus dem Stand der Technik bekannten Ermittlung der Totalen Streuung, wie im Folgenden beschrieben ist.
• Im Stand der Technik wird die Totale Streuung durch quasi-senkrechte Beleuchtung und direkte hemisphärische Detektion bestimmt. Die hemisphärische Detektion wird üblicherweise über eine Coblentz- oder Ulbrichtkugel technisch realisiert [8], so dass das Licht integral gesammelt und auf einen Detektor gelenkt wird. Alternativ wird die Totale Streuung über numerische Integration aus Messdaten der winkelaufgelösten Streuung, bei quasi-senkrechtem Lichteinfall und Abscannen der Streulichthemisphäre, bestimmt [8]: $$TS={\displaystyle {\int }_0^{2\pi }{\displaystyle {\int }_{2°}^{85°}ARS}}\left({\theta }_s,{\varphi }_s\right)\text{sin}{\theta }_{s}d{\theta }_{s}d{\varphi }_s$$

  
• Bei isotrop streuenden Oberflächen ist die ARS bei senkrechter Beobachtung mit der Kamera rotationssymmetrisch um die Oberflächennormale. Es reicht dann aus, die winkelaufgelöste Streuung ARS bei einem Azimutwinkel Φ_s zu bestimmen, wobei dann gilt $$TS=2\pi {\displaystyle {\int }_{2°}^{85°}ARS\left({\theta }_s\right)}\text{sin}{\theta }_{s}d{\theta }_s$$

  

  Demgegenüber sind bei der Ermittlung der Totalen Streuung in der zweiten Ausführungsform der Erfindung Einfallsrichtung und Detektionsrichtung vertauscht. Die ARS ändert sich beim Vertauschen der Propagationsrichtung zu ARS(θ_s) = ARS(θ_i) cos(θ_i)/cos(θ_s). Nach Umformen ergibt sich $$TS=2\pi {\displaystyle {\int }_{2°}^{85°}\text{ARS}\left({\mathrm{\theta }}_{\text{i}}\right)}\text{cos}{\mathrm{\theta }}_{\text{i}}\text{/cos}{\mathrm{\theta }}_{\text{s}}\text{sin}{\theta }_{i}d{\theta }_i$$

  
• Die Streuverteilung ARS einer Probe wird durch die Einzelbeleuchtungen bei den Winkeln θ und ϕ erfasst, bzw. im eindimensionalen Fall nur bei θ. Bei senkrechter Beobachtung mit der Detektoreinrichtung 20 mit θ_s=0° und einer Abtastung der ARS bei N Beleuchtungen mit den Einfallswinkeln θ₁ bis θ_N (siehe 4A) und ϕ=0, wobei 0 > θ₁ > θ_N, berechnet sich das Integral von TS gemäß $$TS=2\pi \cdot {\displaystyle {\sum }_{{\theta }_1}^{{\mathrm{\theta }}_{\text{N}}}AR{S}_N}\left({\theta }_N\right)\cdot \text{cos}\left({\mathrm{\theta }}_N\right)\cdot \text{sin}\left({\mathrm{\theta }}_N\right)\cdot \mathrm{\Delta }{\theta }_N$$

  

  wobei Δθ der repräsentative umfassende Winkel der jeweiligen Beleuchtung ist (siehe 4A), bzw. der Schrittwinkel zwischen den Beleuchtungen.
• Es zeigt sich, dass die Signale ARS_N zur Erzielung eines Messsignals proportional zu TS unterschiedlich gewichtet werden müssen. Diese Gewichtung der Messsignale ARS(θ_N) wird in dem Messverfahren durch Gewichtung der einzelnen Beleuchtungsstärken vorgenommen. Der Gewichtungsfaktor berechnet sich dann gemäß $$G\left({\theta }_N\right)=\text{cos}{\theta }_N\text{sin}{\theta }_N\mathrm{\Delta }{\theta }_N$$

  
• Damit ergibt sich für die Beleuchtungsstärken E=ΔP_i/ΔA der Einzelbeleuchtungen jeder Lichtquelle auf die Flächenelemente ΔA im Messbereich 3: $$E\left({\theta }_N\right)=E_{0}G={\text{E}}_0\text{cos}{\theta }_N\text{sin}{\theta }_N\mathrm{\Delta }{\theta }_N,$$

  

  wobei E₀ eine Beleuchtungsstärke ist, die vorzugsweise so gewählt wird, dass die Gesamtbeleuchtung auf die Flächenelemente im Messbereich 3 ein günstiges Signal-Rausch-Verhältnis bei der Kameradetektion ergibt. Werden bei einem einzelnen oder mehreren Polarwinkel(n) θ_N jeweils mehrere Lichtquellen verwendet, die mit verschiedenen Azimutwinkeln angeordnet sind, sollten diese vorzugsweise dieselbe Beleuchtungsstärke haben, wobei deren Gesamtbeleuchtungsstärke E(θ_N) auch Gleichung 13 entspricht.
• Um aus dem Detektormesssignal der Probe mit der beschriebenen Beleuchtungsgewichtung den TS-Wert zu berechnen, wird eine Kalibrierprobe mit bekanntem TS-Wert verwendet, wie aus dem Stand der Technik bekannt ist.
• Da die ARS typischerweise bei Streuwinkeln um den spekularen Reflex sehr steil verläuft, ist es von Vorteil, den Raumwinkel in diesem Bereich möglichst klein zu halten, um Messunsicherheiten zu reduzieren. Bei großen Winkeln relativ zum spekularen Reflex verläuft die ARS flacher und die gestreuten Leistungen sind wesentlich niedriger. In diesem Bereich ist es vorteilhaft, die Abstände der Abtastung und die Raumwinkel groß zu wählen.
• Um eine gleichmäßige Ausleuchtung der Probe im Messbereich (3) und bei den einzelnen Winkeln θ_N (siehe 4B) bereitzustellen, können Strahlformungs-Optiken oder ortsvariable Abschwächer 13, z. B. Graufilter, oder eine entsprechende Ansteuerung der Lichtquellen mit verschiedenen Energien, also verschiedenen Leistungen, Pulsdauern oder Pulsweitenmodulationen vorgesehen sein.
• Mit der Ausführungsform gemäß 3 lassen sich rms-Rauheiten mit einem Ortsfrequenzspektrum messen, das durch den kleinsten und den größten Einfallswinkel der Lichtquellen und die Wellenlänge λ₁ festgelegt ist (siehe Gleichung 1). Um den Ortsfrequenzbereich zu erweitern, können weitere Beleuchtungswellenlängen AN verwendet werden, die ebenfalls gleichzeitig mit der bestehenden Wellenlänge die Probe beleuchten.
• Da die Berechnung der rms-Rauheit von der Wellenlänge abhängig ist (siehe oben), werden in diesem Fall die Beleuchtungsintensitäten der Beleuchtungen mit unterschiedlichen Wellenlängen ebenfalls aneinander angepasst. Da der probenspezifische Reflexionsfaktor auch von der Messwelle abhängig ist, ist bevorzugt, diesen ebenfalls über eine Anpassung der Wellenlängen zu korrigieren. Es gilt bei Verwendung mehrerer Messwellenlängen der folgende zusätzliche Gewichtungsfaktor für die Einzelbeleuchtungen: $$G\left({\lambda }_N\right)={\left(\frac{{\lambda }_N}{{\lambda }_1}\right)}^2\frac{R_1}{R_N}$$

  
• Falls die Detektoreinrichtung 20 ebenfalls eine spektrale Empfindlichkeit aufweist, wird diese entsprechend korrigiert.
• Die in der vorstehenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in Kombination oder Unterkombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• DE 102012005417 B4 [0002]

Claims (32)

1. Messvorrichtung (100), die zur Rauheits- und/oder Defektmessung an einer Vielzahl von Oberflächenabschnitten (2) einer Oberfläche einer zu untersuchenden Probe (1) eingerichtet ist, umfassend - eine Beleuchtungseinrichtung (10) mit mindestens zwei Lichtquellen (11A, 11B, 11C, 11D), die zur Beleuchtung eines Messbereichs (3) der Oberfläche mit Messlicht angeordnet sind, - eine Detektoreinrichtung (20) mit einem Detektorarray (21) aus einer Vielzahl von Detektorpixeln, die zur Erfassung von Streulicht angeordnet ist, das von der Oberfläche ausgeht, und - eine Auswertungseinrichtung (30), die zur Bestimmung mindestens eines Rauheitsmerkmals der Oberfläche aus dem erfassten Streulicht eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass - die mindestens zwei Lichtquellen (11A, 11B, 11C, 11D) zur Beleuchtung des Messbereichs (3) entlang von mindestens zwei Beleuchtungsstrahlengängen (LA, LB, LC, LD) mit verschiedenen Einfallswinkeln relativ zu einer Oberflächennormalen der Oberfläche eingerichtet sind, wobei die mindestens zwei Lichtquellen (11A, 11B, 11C, 11D) in Bezug auf die Detektoreinrichtung (20) fixierbar sind, - die Detektoreinrichtung (20) mit einer Abbildungsoptik (22) ausgestattet ist, die zur Abbildung des Messbereichs (3) der Oberfläche auf das Detektorarray (21) angeordnet ist, - die Detektoreinrichtung (20) zur Erfassung von mindestens zwei Streulichtbildern (4A, 4B, 4C, 4D) von Oberflächenabschnitten (2) im beleuchteten Messbereich (3) unter einem vorbestimmten Beobachtungswinkel relativ zu der Oberflächennormalen der Oberfläche eingerichtet ist, wobei von den Detektorpixeln empfangene Anteile des Streulichts, die jeweils durch die Beleuchtung in einem der Beleuchtungsstrahlengänge (LA, LB, LC, LD) gebildet werden, jeweils eine gemeinsame Ortsfrequenz aufweisen, und - die Auswertungseinrichtung (30) zur Bestimmung des mindestens einen Rauheitsmerkmals der Oberflächenabschnitte (2) aus den mindestens zwei Streulichtbildern (4A, 4B, 4C, 4D) eingerichtet ist.
2. Messvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der - die Beleuchtungseinrichtung (10) für eine Zeit-Ansteuerung der mindestens zwei Lichtquellen (11A, 11B, 11C, 11D) derart eingerichtet ist, dass die mindestens zwei Streulichtbilder (4A, 4B, 4C, 4D) aufeinander folgend und zeitlich getrennt aufgenommen werden können, - die Auswertungseinrichtung (30) zur Bestimmung von Leistungsspektraldichte-Funktionen (PSD-Funktionen) der Oberflächenabschnitte (2) im beleuchteten Messbereich (3) aus den mindestens zwei Streulichtbildern (4A, 4B, 4C, 4D) eingerichtet ist, und - die Auswertungseinrichtung (30) zur Berechnung des mindestens einen Rauheitsmerkmals für jeden Oberflächenabschnitt (2) aus der PSD-Funktion oder aus der integralen Streuung des Oberflächenabschnitts (2) eingerichtet ist.
3. Messvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der - die Beleuchtungseinrichtung (10) zur Intensitäts-Ansteuerung derart eingerichtet ist, dass die mindestens zwei Streulichtbilder (4A, 4B, 4C, 4D) an jedem der Oberflächenabschnitte (2) mit gewichteten Beleuchtungsstärken der gerichteten Beleuchtung durch die mindestens zwei Lichtquellen (11A, 11B, 11C, 11D) aufgenommen werden können, wobei die gewichteten Bestrahlungsstärken der gerichteten Beleuchtung bereitgestellt werden, indem die Bestrahlungsstärken so eingestellt werden, dass die Beleuchtung durch die Lichtquellen einer gleichmäßigen hemisphärischen Beleuchtung entspricht, wobei die - die Auswertungseinrichtung (30) zur Bestimmung einer integralen Streuung der strukturierten Oberfläche im beleuchteten Messbereich (3) aus den mindestens zwei Streulichtbildern (4A, 4B, 4C, 4D) eingerichtet ist, und - die Auswertungseinrichtung (30) zur Berechnung des mindestens einen Rauheitsmerkmals für jeden Oberflächenabschnitt (2) aus der integralen Streuung an dem Oberflächenabschnitt (2) eingerichtet ist.
4. Messvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mindestens einem der Merkmale - die Anzahl der Lichtquellen (11A, 11B, 11C, 11D) der Beleuchtungseinrichtung (10) ist im Bereich 3 bis 100 gewählt; - die Beleuchtungseinrichtung (10) ist zur Erzeugung des Messlichts in allen Beleuchtungsstrahlengängen (LA, LB, LC, LD) mit der gleichen Wellenlänge eingerichtet, und - die Beleuchtungseinrichtung (10) ist zur Erzeugung des Messlichts in den Beleuchtungsstrahlengängen (LA, LB, LC, LD) mit verschiedenen Wellenlängen und/oder verschiedenen Polarisationen eingerichtet.
5. Messvorrichtung gemäß Anspruch 4, bei der - die Beleuchtungseinrichtung (10) zur Erzeugung des Messlichts in den Beleuchtungsstrahlengängen (LA, LB, LC, LD) mit verschiedenen Wellenlängen und/oder verschiedenen Polarisationen eingerichtet ist, und - die Beleuchtungseinrichtung (10) zur Erzeugung des Messlichts in mindestens einem der Beleuchtungsstrahlengänge (LA, LB, LC, LD) mit mindestens zwei verschiedenen Wellenlängen und/oder mindestens zwei verschiedenen Polarisationen eingerichtet ist.
6. Messvorrichtung gemäß Anspruch 4 oder 5, bei der - die Beleuchtungseinrichtung (10) zur Erzeugung des Messlichts in den Beleuchtungsstrahlengängen (LA, LB, LC, LD) mit verschiedenen Wellenlängen eingerichtet ist, - die Auswertungseinrichtung (30) zur Bestimmung von mindestens zwei PSD-Funktionen und/ oder mindestens zwei integralen Streuungen der Oberflächenabschnitte (2) im beleuchteten Messbereich (3) eingerichtet ist, und - die Auswertungseinrichtung (30) zur Erkennung von Strukturen auf den Oberflächenabschnitten (2) aus den mindestens zwei PSD-Funktionen und/oder mindestens zwei integralen Streuungen eingerichtet ist.
7. Messvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der - die Auswertungseinrichtung (30) zur Erkennung der Oberflächenabschnitte (2) im Messbereich (3) durch Anwendung von digitalen Bildmasken eingerichtet ist.
8. Messvorrichtung gemäß Anspruch 7, bei der - die Auswertungseinrichtung (30) zur Erkennung der Oberflächenabschnitte (2) durch Anwendung von neuronalen Netzwerken und/oder von Verfahren maschinellen Lernens eingerichtet ist.
9. Messvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8, bei der - die Auswertungseinrichtung (30) zur Erkennung von Strukturen auf den Oberflächenabschnitten (2) aus den mindestens zwei Streulichtbildern (4A, 4B, 4C, 4D) durch Anwendung von digitalen Bildmasken eingerichtet ist.
10. Messvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der - die Abbildungsoptik (22) der Detektoreinrichtung (20) eine telezentrische Optik ist, und/oder - der Beobachtungswinkel der Detektoreinrichtung (20) parallel zu der Oberflächennormalen verläuft.
11. Messvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der - die Beleuchtungseinrichtung (10) zur gerichteten Beleuchtung der Oberflächenabschnitte (2) unter einem flachen Einfallswinkel im Bereich 88° bis 75° mit Messlicht geringer Wellenlänge λ < 300 nm eingerichtet ist, und - die Auswertungseinrichtung (30) zur Bestimmung eines Schiefe-Parameters der Oberflächenabschnitte (2) eingerichtet ist.
12. Messvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der - mindestens eine weitere Detektoreinrichtung (20A) mit einer Abbildungsoptik (22A) und einem Detektorarray (21A) aus einer Vielzahl von Detektorpixeln vorgesehen ist, wobei die mindestens eine weitere Detektoreinrichtung (20A) zur Erfassung von mindestens einem Streulichtbilder (4A, 4B, 4C, 4D) des beleuchteten Messbereichs (3) unter mindestens einem weiteren Beobachtungswinkel relativ zu der Oberflächennormalen der Oberfläche eingerichtet ist.
13. Messvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der - die mindestens zwei Lichtquellen (11A, 11B, 11C, 11D) mindestens eines von Leuchtdioden, Lasern und Lichtleiterfasern, die mit mindestens einer Leuchtdiode und/oder mindestens einem Laser gekoppelt sind, umfassen, und/oder -jede Lichtquelle mit einer Beleuchtungsoptik (12) ausgestattet ist.
14. Messvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der - eine Probenhalterung (40) zur Aufnahme der Probe (1) und/oder die Anordnung aus der Beleuchtungseinrichtung (10) und der Detektoreinrichtung (20) relativ zueinander beweglich sind, so dass die Beleuchtungseinrichtung (10) zur Beleuchtung von verschiedenen Messbereichen der strukturierten Oberfläche angeordnet werden kann und mit der Detektoreinrichtung (20) die Streulichtbilder (4A, 4B, 4C, 4D) der verschiedenen Messbereiche erfassbar sind, und - die Messvorrichtung (100) zur wiederholten Rauheitsmessung an Oberflächenabschnitten (2) in den verschiedenen Messbereichen der strukturierten Oberfläche eingerichtet ist.
15. Messvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der - die Beleuchtungseinrichtung (10) und die Detektoreinrichtung (20, 20A) zur Erfassung des Streulicht von der Probe (1) in Reflexion und/oder Transmission angeordnet sind.
16. Verfahren zur Rauheits- und/oder Defektmessung an Oberflächenabschnitten (2) einer Oberfläche einer zu untersuchenden Probe, umfassend die Schritte - Beleuchtung eines Messbereichs (3) der Oberfläche mit Messlicht, wobei der Messbereich (3) die Vielzahl von Oberflächenabschnitten (2) enthält, - Erfassung von an der Oberfläche gestreutem Streulicht mit einer Detektoreinrichtung (20) mit einem Detektorarray (21) aus einer Vielzahl von Detektorpixeln, und - Bestimmung mindestens eines Rauheitsmerkmals der Oberfläche aus dem erfassten Streulicht, dadurch gekennzeichnet, dass - die Beleuchtung eine gerichtete Beleuchtung der Oberflächenabschnitte (2) im Messbereich (3) mit mindestens zwei fest angeordneten Lichtquellen (11A, 11B, 11C, 11D) entlang von mindestens zwei Beleuchtungsstrahlengängen (LA, LB, LC, LD) mit verschiedenen Einfallswinkeln relativ zu einer Oberflächennormalen der Oberfläche umfasst, - die Detektoreinrichtung (20) mit einer Abbildungsoptik (22) ausgestattet ist, mit der der beleuchtete Messbereich (3) der Oberfläche auf das Detektorarray (21) abgebildet wird, - mit der Detektoreinrichtung (20) mindestens zwei Streulichtbilder (4A, 4B, 4C, 4D) des beleuchteten Messbereichs (3) unter einem vorbestimmten Beobachtungswinkel relativ zu der Oberflächennormalen der Oberfläche erfasst werden und von den Detektorpixeln empfangene Anteile des Streulichts in jedem der Beleuchtungsstrahlengänge (LA, LB, LC, LD) jeweils eine gemeinsame Ortsfrequenz aufweisen, und - das mindestens eine Rauheitsmerkmal für jeden Oberflächenabschnitt (2) aus den mindestens zwei Streulichtbildern (4A, 4B, 4C, 4D) ermittelt wird.
17. Verfahren gemäß Anspruch 16, bei dem - eine Zeit-Ansteuerung der mindestens zwei Lichtquellen (11A, 11B, 11C, 11D) derart vorgesehen ist, dass die mindestens zwei Streulichtbilder (4A, 4B, 4C, 4D) voneinander zeitlich getrennt aufgenommen werden, - Leistungsspektraldichte-Funktionen (PSD-Funktionen) der Oberflächenabschnitte (2) im beleuchteten Messbereich (3) aus den mindestens zwei Streulichtbildern (4A, 4B, 4C, 4D) bestimmt werden, und - das mindestens eine Rauheitsmerkmal für jeden Oberflächenabschnitt (2) aus der PSD-Funktion oder der integralen Streuung des Oberflächenabschnitts (2) berechnet wird.
18. Verfahren gemäß Anspruch 16 oder 17, bei dem - eine Intensitäts-Ansteuerung derart vorgesehen ist, dass die mindestens zwei Streulichtbilder (4A, 4B, 4C, 4D) an jedem der Oberflächenabschnitten (2) mit gewichteten Beleuchtungsintensitäten der gerichteten Beleuchtung durch die mindestens zwei Lichtquellen (11A, 11B, 11C, 11D) aufgenommen werden, wobei die gewichteten Bestrahlungsstärken der gerichteten Beleuchtung bereitgestellt werden, indem die Bestrahlungsstärken so eingestellt werden, dass die Lichtquellen eine hemisphärische Beleuchtung erzeugen, - eine integrale Streuung der strukturierten Oberfläche im beleuchteten Messbereich (3) aus den mindestens zwei Streulichtbildern (4A, 4B, 4C, 4D) bestimmt wird, und - das mindestens eine Rauheitsmerkmal für jeden Oberflächenabschnitt (2) aus der integralen Streuung an dem Oberflächenabschnitt (2) berechnet wird.
19. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 18, bei dem - das Messlicht in allen Beleuchtungsstrahlengängen (LA, LB, LC, LD) mit der gleichen Wellenlänge erzeugt wird.
20. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 18, bei dem - das Messlicht in den Beleuchtungsstrahlengängen (LA, LB, LC, LD) mit verschiedenen Wellenlängen und/oder verschiedenen Polarisationen erzeugt wird.
21. Verfahren gemäß Anspruch 20, bei dem - das Messlicht in mindestens einem der Beleuchtungsstrahlengänge (LA, LB, LC, LD) mit mindestens zwei verschiedenen Wellenlängen und/oder Polarisationen erzeugt wird.
22. Verfahren gemäß den Ansprüchen 17 und 21, bei dem - mindestens zwei PSD-Funktionen und/oder mindestens zwei integralen Streuungen der Oberflächenabschnitte (2) im beleuchteten Messbereich (3) bestimmt werden, und - Strukturen auf den Oberflächenabschnitten (2) aus den mindestens zwei PSD-Funktionen und/oder mindestens zwei integralen Streuungen erfasst werden.
23. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 22, bei dem - eine Erkennung der Oberflächenabschnitte (2) in den mindestens zwei Streulichtbildern (4A, 4B, 4C, 4D) vorgesehen ist.
24. Verfahren gemäß Anspruch 23, bei dem - die Oberflächenabschnitte (2) durch Anwendung von neuronalen Netzwerken und/oder von Verfahren maschinellen Lernens erkannt werden.
25. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 23 bis 24, bei dem - Strukturen auf den Oberflächenabschnitten (2) aus den mindestens zwei Streulichtbildern (4A, 4B, 4C, 4D) durch Anwendung von digitalen Bildmasken erkannt werden.
26. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 25, bei dem - die Oberflächenabschnitte (2) unter einem flachen Einfallswinkel im Bereich 88° bis 75° mit Messlicht geringer Wellenlänge λ < 300 nm beleuchtet werden, und - aus den Streulichtbildern (4A, 4B, 4C, 4D) ein Schiefe-Parameter der Oberflächenabschnitte (2) ermittelt wird.
27. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 26, bei dem - mindestens eine weitere Detektoreinrichtung (20) mit einer Abbildungsoptik (22) und einem Detektorarray (21) aus einer Vielzahl von Detektorpixeln vorgesehen ist, wobei mindestens ein weiteres Streulichtbilder (4A, 4B, 4C, 4D) des beleuchteten Messbereichs (3) unter mindestens einem weiteren Beobachtungswinkel relativ zu der Oberflächennormalen der Oberfläche erfasst werden.
28. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 27, bei dem - mehrere verschiedene Messbereiche der strukturierten Oberfläche beleuchtet werden und mit der Detektoreinrichtung (20) Streulichtbilder (4A, 4B, 4C, 4D) der verschiedenen Messbereiche erfasst werden, und - die Rauheitsmessung an Oberflächenabschnitten (2) in den verschiedenen Messbereichen der strukturierten Oberfläche wiederholt wird.
29. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 28, bei dem - ausgewählte Oberflächenabschnitte, insbesondere mit einer erhöhten Rauheit und/oder erhöhten Abweichungen zwischen mindestens zwei PSD-Funktionen und/oder mindestens zwei integralen Streuungen der Oberflächenabschnitte (2), gezielt mit einem interferometrischen, topographischen und/oder spektroskopischen Messverfahren, insbesondere Interferometrie, Konfokalmikroskopie, Fluoreszenzspektroskopie oder Ramanspektroskopie, untersucht werden.
30. Verfahren gemäß einem dem Ansprüche 16 bis 29, bei dem - die Oberfläche oder ausgewählte Oberflächenabschnitte einer Fokusvariationsmessung und/oder einer Makyoh-Imaging-Messung unterzogen werden, um ein Höhenprofil, insbesondere eine lokale Oberflächenneigung der Oberfläche zu ermitteln.
31. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 30, bei dem - die zu untersuchende Probe (1) eine Halteeinrichtung zur Halterung von Bauteilen umfasst, wobei an der Oberfläche der Halteeinrichtung eine Vielzahl vorstehender Noppen angeordnet sind und die Oberflächenabschnitte (2) Stirnflächen der Noppen umfassen.
32. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 31, bei dem - das Streulicht von der Probe (1) in Reflexion und/oder Transmission erfasst wird.

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